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原文传递浅埋偏压大断面隧道围岩变形与支护受力研究

论文题名：	浅埋偏压大断面隧道围岩变形与支护受力研究
关键词：	铁路隧道;浅埋偏压大断面隧道;覆土层变形;围岩压力;安全性评价
摘要：	近年来，我国迎来了铁路建设的新高潮。铁路隧道作为铁路的重要组成部分，有时占比超过线路总里程的一半。在我国南方低山、丘陵地带时，隧道进口段施工通常具有较大难度。进口一般为浅埋偏压段，上覆土层以原岩风化形成的破碎岩层、堆积层，冲积层等为主，且厚度较薄，受降雨影响明显。隧道上覆土体对开挖扰动敏感，无法形成塌落拱，施工中经常发生掌子面坍塌、冒顶、支护变形过大、滑坡等一系列工程灾害。浅埋偏压大断面隧道上覆土层的变形机理、围岩压力、初支安全性评价是此类工程建设的核心问题。本文依托贵广高铁贺街隧道，进行了现场大型试验，并得到了一系列的有益结论，本文的主要工作及结论如下。　　(1)推导了浅埋偏压隧道基于弹性理论的初始地应力场分布，指出了相对无偏压情况初始地应力场的分布特征，尤其是表征偏压程度的水平应力比与侧压力系数比的变化特征。利用Mathematica数学软件，分析了现行规范计算围岩压力时坡脚的选取原则，并将围岩压力理论计算值与实测值进行比较，得出了现行规范在计算浅埋偏压隧道拱顶压力时是适用的，而计算水平侧压力时明显偏大的结论。利用有限差分软件FLAC3D分析了浅埋偏压大断面隧道围岩整体大变形的特征，并结合剪应变增量给出了滑裂面的位置。　　(2)分析了不同埋深土层的变形特征，总结出浅埋偏压隧道深部土体的变形的一般规律，并基于此提出了一种判别拱顶围岩稳定性的新方法，相对于拱顶沉降、地表沉降、钢拱架水平收敛等传统指标，该指标更加及时、准确，可为注浆、初支补强等加固措施提供施做时间。　　(3)利用Origin拟合软件对各工法下的地表沉降槽进行了拟合，总结出CRD工法和台阶法下地表变形变形规律，指出了浅埋偏压隧道深埋侧沉降大于浅埋侧沉降、深埋侧沉降槽宽度大于浅埋侧沉降槽宽度的一般特点，基于拟合结果给出了各断面的地层损失率和沉降槽宽度系数，并与单洞无偏压浅埋隧道沉降槽进行了对比研究。　　(4)统计分析了初支-围岩接触压力的分布特征，明确了各工法下各个开挖部对于接触压力的影响规律与最终围岩压力沿隧道轮廓的分布规律，根据统计特征得出拱顶位置与仰拱位置围岩压力受工法和围岩质量影响较小从而较稳定，而两侧压力受工法和围岩质量影响较大而不确定性较强的结论。　　(5)以型钢拱架的安全性作为判别初期支护稳定性的标准，分析了型钢拱架横截面边缘应力、轴力、弯矩的时空分布特征，利用安全系数给出了型钢拱架的安全性评价，研究发现型钢拱架的最小安全系数为1.86，最高安全系数为38.9，说明钢拱架能够较好的支撑围岩，且具有充足的安全储备。
作者：	娄海成
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张顶立
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文