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杨林隧道静电除尘硐室群围岩稳定及施工优化研究
| 论文题名： | 杨林隧道静电除尘硐室群围岩稳定及施工优化研究 |
| 关键词： | 公路隧道;静电除尘硐室群;围岩稳定性;施工工序;突变理论 |
| 摘要： | 昆明绕城高速东南段杨林隧道首次在国内公路隧道中采用静电除尘系统，该隧道静电除尘硐室群结构复杂，硐室断面较大，存在多种不同断面硐室的交叉和衔接情况，以及主隧道与主硐室之间变截面联络通道，主硐室为直墙拱形大断面硐室，硐室群不同硐室之间、硐室群与主隧道之间的施工将互相影响。静电除尘硐室群的施工工序、施工参数会严重影响到施工进度、施工安全以及整个硐室群建成后的长期稳定，开展硐室群围岩稳定及施工优化研究对于工程建设具有重要意义。 论文采用理论分析和数值模拟方法进行研究。参考已有硐室群施工经验，分析确定杨林隧道静电除尘硐室群可行的施工方案和施工技术参数，利用MidasGTSNX进行硐室群开挖模拟计算，通过监测各硐室硐周最大位移变化序列构造尖点突变模型，求解施工过程中的突变特征值，评判硐室群围岩稳定性。采用熵值法对各备选方案进行评价，综合考虑施工工期等因素，实现了硐室群施工工序优化。通过对比分析位移场、应力场、塑性区分布情况对大跨度高边墙主机房、变截面过渡段进行施工优化。具体研究成果如下： （1）将突变理论引入围岩稳定研究中，从尖点突变理论原理出发，分析了以势函数为控制变量为基础推导的突变特征值不同变化情况下代表的物理意义，得到了只有当突变特征值由正变负再变正时，系统才会发生失稳的结论。 （2）对比分析了基于位移、塑性区体积增量、应变能的尖点突变理论，分析了各突变理论在判定围岩稳定性时的有效性，并确定了基于位移的突变理论实用性更强。 （3）针对高边墙大跨度硐室，三台阶法施工在控制围岩变形同时还可减小围岩所受有效拉应力，更利于围岩稳定。针对杨林隧道静电除尘硐室群中的变截面过渡段，可采用逐渐平滑过渡的方式进行开挖，即从小断面的二台阶开挖过渡到大断面的三台阶开挖。平滑过渡的开挖方式不仅利于围岩稳定还可提高施工便捷性。 （4）采用尖点突变理论与熵值法相结合的方法，综合考虑施工工期等因素，优化了静电除尘硐室群施工工序。通过对比分析位移场、应力场、塑性区分布情况优化了大跨度高边墙主机房施工参数、变截面过渡段施工参数。上述研究为静电除尘硐室群施工期间围岩的稳定提供保障，为今后相似的硐室群设计、施工提供一定的经验参考。 |
| 作者： | 刘乃铭 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 刘保国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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