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陈屿隧道横通道施工对既有隧道结构安全的影响研究
| 论文题名： | 陈屿隧道横通道施工对既有隧道结构安全的影响研究 |
| 关键词： | 横通道施工;时空效应;数值模拟;安全性评价;结构安全 |
| 摘要： | 在修建山区长大深埋公路隧道时，往往需要在分离式隧道中间设置一定长度的车行横通道和人行横通道。而既有隧道与横通道交叉部结构受力复杂，横通道施工将会对整体围岩产生不利影响，围岩和支护体系之间的力学体系不会马上达到平衡，是围岩变形时间效应和开挖掌子面空间效应的耦合。因此，对横通道施工的时空效应及其安全性进行深入分析具有重要的理论意义和工程价值。 本文以陈屿隧道（复线）工程中横通道施工为工程背景，运用弹塑性理论和弹粘塑性理论，在综合分析既有隧道围岩存在局部弱化（坍塌区）影响的基础上，采用大型有限元软件建立了相应的数值计算模型，研究分析了横通道施工、既有老隧道围岩局部弱化区等因素对既有老隧道结构内力和变形影响的时空效应，并对既有老隧道结构的安全性进行了初步评价。主要研究内容和成果如下: (1)对老隧道塌方区可能出现的两种塌方形态（局部塌方和拱形塌方）进行二维弹塑性对比分析，结果表明局部塌方高度达到最大时的局部塌方形态是最不利的。 (2)对为确定横通道开挖到离老隧道的安全距离的最佳施工工序问题进行三维弹塑性分析，重点分析横通道在不同的开挖方式下对既有隧道喷砼支护的内力和变形情况，分析表明:在横通道开挖至离既有隧道交叉口15m时，再从老隧道向新隧道方向进行开挖是此隧道横通道开挖的较为合理的最佳开挖顺序。 (3)选取塌方段在老隧道交叉口的正上方和锐角侧两种工况模型，利用已确定的最不利塌方形状建立两种有限元计算模型，并根据确定的最佳横通道施工顺序进行分步开挖。应用弹塑性理论分析横通道施工过程中形成的空间效应，得到不同开挖步和塌方区与老隧道交叉部的相对位置对老隧道结构内力和变形影响的变化规律; (4)选取塌方段在老隧道交叉口正上方时建立有限元计算模型，应用非线性Drucker-Prager塑性与蠕变耦合模型来描述塌方区的非线性弹粘塑性特性，并据以分析老隧道围岩和初期支护变形和内力特征曲线，得到塌方区蠕变对老隧道结构内力和变形影响的时间效应; (5)在考虑塌方区蠕变时间效应的计算模型基础上，对老隧道交叉部和普通段的喷砼支护结构进行了强度验算，并对既有老隧道的安全性进行了评价，对陈屿隧道（复线）工程的施工和营运健康维护具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 沈孔健 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 张晓春;杨占启 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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