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原文传递第三系砂泥岩地层隧道施工安全及对策研究

论文题名：	第三系砂泥岩地层隧道施工安全及对策研究
关键词：	隧道施工;砂泥岩地层;施工安全;有限元分析
摘要：	随着国家经济的发展和社会的进步，公路铁路建设方兴未艾，于是穿越第三系砂泥岩地层的隧道数量急剧增加，其长度、断面面积和埋深也越来越大，隧道施工安全问题越来越突出。不论对国家还是企业，施工安全始终是至关重要的。　　砂泥岩地层隧道的施工安全问题是国内外隧道施工安全方面一直关注的热门问题，目前整体研究水平尚不能满足施工需要。当前我国在建的砂泥岩地层隧道很多，有利于积极开展其施工安全及对策的研究和总结工作。　　本文依托牡绥线双丰隧道这一工程实例，分析预判了可能有安全隐患的地段；利用迈达斯 GTS有限元分析软件进行施工模拟，比较分析了不同条件下，隧道可能出现的安全隐患并给出了应该注意的应对方法。　　主要得到下列结论：　　（1）通过对砂泥岩地质状况下隧道施工过程的模拟，结果表明：　　①三台阶法开挖时，围岩第一主应力最大值为-0.61MPa，围岩第三主应力最大值为-1.26MPa；采用CD法开挖时，围岩第一主应力最大值为-0.52MPa，围岩第三主应力最大值为-1.05MPa；采用三台阶七步开挖法时，围岩第一主应力最大值出为-0.34MPa，围岩第三主应力最大值为-0.68MPa。　　②三台阶法开挖时，结构沿X方向上的最大位移为18.5cm，沿Y方向的最大沉降量和隆起量分别为16.2cm和19.0cm；采用CD法开挖时，结构沿X方向上的最大位移为15.9cm，沿Y方向的最大沉降量和隆起量为11.4cm和14.2cm；采用三台阶七步开挖法时，结构沿X方向上的最大位移为8.6cm，沿Y方向的最大沉降量和隆起量为8.1cm和8.7cm。　　（2）拱腰、拱脚在围岩水平荷载作用下发生较大的挤出变形，而拱部则在围岩竖向荷载作用下发生沉降变形。因此，可以通过增强锁脚措施等手段来控制围岩的水平位移和竖向沉降，从而确保施工安全。　　（3）隧道右侧的围岩压力基本上都大于左侧，表现出了不对称；山体的侧向压力很大，施工时应予以高度重视；各测点的围压都有增大趋势。　　（4）钢拱架当前最大应力发生在右侧拱腰处，为-400.32MPa，左右侧测量值不对称，说明隧道可能受到偏压影响，施工中应重视。当钢拱架闭合时，各观测点的应力进一步的优化，不对称性逐渐减小，偏压影响逐渐减小，各点趋于稳定。　　（5）初支和二衬间接触压力初期增加较大，主要是因为前方掌子面的开挖对其有较大的扰动；随后因为混凝土的收缩徐变而使接触压力减小；随着二次衬砌的完成，逐渐趋于稳定。　　（6）混凝土应力多处于受压状态，前期的波动变化主要由于混凝土硬化的强度变化造成的；随后出现混凝土应力逐渐缓慢减小的现象，主要是因为二次衬砌施作完成形成一个整体共同受力。　　（7）二次衬砌钢筋受力状态不同，内层钢筋多处于受拉状态，外层钢筋多处于受压状态，前期的小幅度变化主要跟混凝土硬化受力不均匀有关；随后由于二衬施作完成，钢筋受力逐渐增大，二次衬砌开始承受围岩变形。
作者：	李国彬
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李德武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文