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原文传递高速铁路隧道仰拱衬砌结构力学特性及快速施工技术研究

论文题名：	高速铁路隧道仰拱衬砌结构力学特性及快速施工技术研究
关键词：	铁路隧道;数值模拟;力学效应;快速施工;仰拱衬砌
摘要：	高速铁路隧道开挖断面大，施工工序繁琐，隧道结构受力复杂，尤以隧道仰拱部最为复杂。特别是对于穿越软弱围岩地质条件的大断面隧道，仰拱修筑质量对隧道衬砌体系长期使用的安全性和耐久性意义重大。传统仰拱施工方法由于其先天的缺陷很难将铁路建设质量安全的标准、工序、规定全部落实到现场，仰拱一次全幅施工、仰拱二衬与填充混凝土分次灌注已成为高铁隧道仰拱施工的强制标准，这样势必导致仰拱施工与掘进面相互干扰，仰拱衬砌全幅浇筑进度缓慢、成形质量差等问题在国内隧道钻爆法施工中的矛盾越发尖锐。仰拱施工在理念上应当发生必要的改进，综合化、机械化的仰拱快速施工技术和配套设备应当成为仰拱施工发展的关键和核心。　　目前，仰拱全幅施工时洞内交通的解决方案主要依靠栈桥，其操作便利性和适用性有待进一步提高;仰拱衬砌浇筑依然采用传统的小模板或仰拱组合钢模板施工，不仅耗费大量钢材，并且安装、拆除、校正困难，浇筑质量也难以保证，仰拱施工已成为隧道建设中的控制性工序。为解决上述难题，本文对隧道仰拱衬砌结构力学特性和快速施工技术进行了研究，得出了如下研究结论: 　　(1)仰拱的设置能够有效控制隧道周边围岩体变形的量值及影响范围，改善支护结构的受力形式，协调支护结构的轴力和弯矩分布，尤其可有效抑制拱脚的塑性区向围岩深部扩展，为了能更好地发挥仰拱的作用，仰拱应尽早和上部衬砌闭合成环。　　(2)仰拱超挖后若处理不当将导致仰拱对上部结构的支撑作用大大减弱，引起隧道结构体系不均匀沉降，拱墙部位压应力集中效应加剧，围岩塑性区范围扩展。　　(3)仰拱欠挖导致隧道支护结构最大弯矩所在截面下移，随截面位置的下移，轴力却在减小，致使最大弯矩所在截面的偏心矩增大，对支护体系的承载不利。　　(4)仰拱混凝土和填充一次浇筑成型后，仰拱填充的部分结构承受拉应力，中心水沟处的拉压力高达2.5Mpa，这种应力状态容易造成路面施工缝、中心排水沟等部位的拉裂破坏，同时仰拱与边墙连接处应力集中效应更为显著，范围也有所扩大。　　(5)仰拱一次开挖长度如果超过了隧道衬砌空间效应所能承受的距离，将会导致纵横向空间桥冠作用减弱至消失，围岩应力迅速重分布，初期支护变形急剧增加，塑性区范围显著扩展。最终导致仰拱开挖段与仰拱已施作段交界面处的边墙先发生拉裂，接着带动两侧支护一起破坏而发生严重塌方。　　(6)仰拱快速施工模架采用分离式双车道拱形栈桥，兼顾安全性与经济性的同时解决了仰拱作业与掌子面掘进间的相互干扰;利用端头梁设计将仰拱开挖与仰拱填充分为两个作业区平行施工，减少了循环作业时间，全面提高了施工效率。　　(7)根据仰拱一次开挖进度设计移动自成体系的仰拱模架，节约了加固钢筋使用量，解决了仰拱二衬立模、脱模难等问题，规范了仰拱施工各工序，强化了文明施工程度与施工组织管理，有效避免了施工中的违规操作。　　(8)仰拱栈桥易于拼装，施工中行走灵活，对施工现场复杂的环境适应性强;栈桥的拱形设计在满足跨距要求的同时大大降低了栈桥最不利荷载时的挠度，具有较高的安全系数。
作者：	陈永照
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	梅志荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2012
正文语种：	中文