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软岩大变形小净距隧道施工方案优化研究
| 论文题名： | 软岩大变形小净距隧道施工方案优化研究 |
| 关键词： | 软岩大变形;小净距隧道;支护结构;监控量测;数值模拟;施工控制 |
| 摘要： | 国内外对于软岩大变形小净距隧道的围岩变形研究还不多见,再加上有些已建成的软岩大变形小净距隧道出现衬砌裂纹、地表裂缝、洞门墙开裂及中墙柱开裂等情况,故对此类隧道的力学行为进行理论研究与施工方案探讨。 本文以兰渝铁路新城子隧道为背景,应用大型通用有限元分析软件(MIDAS/GTS),对隧道的施工过程进行有限元数值仿真模拟,研究在不同台阶开挖长度和不同左右线隧道掌子面距离条件下,进行隧道变形和支护单元受力模拟分析,综合现场监控量测数据,取得了以下成果: (1)造成新城子隧道发生大变形的主要原因是隧道所处的地应力场是高地应力场,岩体被切割挤压成小块状,另外节理裂隙异常发育,促使岩体的自稳能力低下,围岩表现出位移增大期较长,累积变形总量大的特点。 (2)根据现场监测数据整理分析,采用三台阶开挖法软岩大变形小净距隧道的变形时间规律:拱顶沉降变化288mm,上台阶水平收敛值最大,达到354mm;上台阶位移变形急速变化时间为25天;中台阶位移变形急速变化时间为20天;下台阶位移变形急速变化时间为15天。围岩压力增长期为70天;接触压力增长期为50天,从拱部到侧墙,随着空间自上而下变化,其应力最终值逐渐减小;且通过分析得出,长锚杆对于控制围岩净空收敛方面有很好的效果。 (3)通过模拟三种工况开挖隧道,对比拱顶沉降、水平收敛及支护应力,画出了他们的位移和应力随施工步的变化曲线图,分析得出:采用工况Ⅰ开挖隧道时,拱顶沉降、水平收敛、各初支单元的受力、钢拱架轴向应力、喷射混凝土应力、二衬混凝土应力及锚杆轴力受力均比采用工况Ⅱ、工况Ⅲ时小。综合考虑变形控制、洞室稳定等方面,认为在新城子隧道所处条件下,采用3m台阶长度较为合理,有利于围岩的自稳,有效发挥围岩的自承能力,且拱顶下沉和水平收敛值较小,初支和二衬单元受力比较均匀,更多的削弱了初支单元和二衬单元受力集中范围,保证洞室本身的稳定性。 (4)通过不同左右线掌子面距离的模拟分析结果可以看出,拱顶沉降、水平收敛值随着掌子面距离的增大而减小,且变化速率随着距离增大而减小。工况一、工况二和工况三施工时隧道位移变化较大,且该三种工况施工时隧道位移的变化有较大区别,而工况四和工况五差别不是很大,工况五的变形略大于工况四的变形。通过综合分析左右线隧道掌子面距离的变化对拱顶沉降值和水平收敛值的影响,在本文分析的情况中,左右线隧道掌子面距离为30m或40m时的相对效果较好,拱顶沉降和水平收敛值较前三种工况小,此距离可有效控制拱顶沉降和水平收敛变形,有利于洞室的稳定。 |
| 作者： | 任文效 |
| 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： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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