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盾构法施工煤矿斜井围岩变形规律及管片安全性评价
| 论文题名： | 盾构法施工煤矿斜井围岩变形规律及管片安全性评价 |
| 关键词： | 煤矿工程;斜井施工;盾构法;围岩变形;管片内力;安全性评价 |
| 摘要： | 煤炭是我国的主要能源，是当今世界五大能源之一，在我国能源结构和经济结构中，都占据着非常重要的地位。煤矿开采有立井、斜井、平硐和综合开拓等方式，采用盾构法施工煤矿斜井对于我国煤矿建井技术是一场革命，对于煤矿安全、高效生产具有重要的社会、经济、现实意义。 盾构法是一种采用全断面掘进机施工隧道的先进技术，在长隧道施工中已得到普遍应用，它能创造安全的施工环境，加快隧洞掘进速度。 本文以神华集团新街能源有限责任公司台格庙矿区矿井建设为依托，对盾构法施工煤矿斜井围岩变形规律及管片安全性评价开展研究。根据地层的不同，将斜井沿走向分为四段，利用MIDAS/GTS有限元软件分别建立三维模型，模拟盾构掘进以及管片支护过程，然后分析盾构掘进过程中隧道围岩变形及应力分布规律。在此基础上，结合荷载结构法，利用MIDAS/Civil软件建立管片模型，对管片内力进行数值模拟计算，然后利用安全系数法和极限状态设计对管片的承载力进行验算。最后通过对管片安全性的分析，反推得到各段斜井底层管片所能承受的最大水压力。论文研究成果为管片设计及盾构施工奠定基础，本文得到的主要结论如下所示: (1)盾构管片支护后，开挖面后方的围岩在隧道拱顶出现一个沉降区域，最大沉降位置位于围岩的拱顶处，远离拱顶的距离越大，其相应围岩发生的沉降量越小;在隧道底部出现一个卸载隆起区域，最大隆起位置位于围岩的拱底处，远离拱底距离越大，其相应的围岩隆起量也越小。沉降区域和隆起区域随着盾构的推进而不断扩大，最大值也随着开挖面的前进而不断增加。 (2)随着盾构的掘进，模型横断面处地层的横向沉降值也在不断增大，沉降变化最大的地方位于隧道中心线的围岩处;离隧道中心线的距离越大，其沉降值也在逐渐减少。 (3)斜井隧道开挖之前，地层应力分布图基本上成阶梯增加，在最底层达到最大，且上面地层较下面地层变形大。隧道开挖过程中，岩体应力较开挖前变化比较大，并且在隧道中心轴附近出现局部的应力集中现象。 (4)随着盾构的不断推进，衬砌管片的内力不断变化。管片最大弯矩值出现在拱底处，最大轴力值出现在左右拱腰处，并且内力值随着地下水水头高度的增加不断变大，但是最大值出现的位置不会改变。随着水压力的增大，同一地层管片的安全系数在不断减小。 |
| 作者： | 崔增辉 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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