【碩士】小凈距公路隧道施工中圍巖地應力分析研究【2009】

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內容簡介

　　學科專業(yè)：結構工程　　授予學位：工學碩士　　學位授予單位：武漢理工大學　　學位年度： 2009年　　中國地域遼闊，地形復雜，高等級公路建設中大量遇到隧道工程。山嶺隧道常常因為地形限制，隧道間距一般都難以滿足普通技術規(guī)范要求而采用小凈距隧道及連拱隧道等特殊結構型式。本文以瑞(金)贛(州)高速公路九嶺隧道的施工建設為依托，采用有限元數(shù)值分析和現(xiàn)場監(jiān)測相結合的方法針對九嶺小凈距隧道施工過程中圍巖應力的變化進行了下面幾個方面的研究：　　(1)本文分析了隧道圍巖應力的分析方法，包括了巖土的初始應力、開挖后的二次應力、支護后的三次應力以及偏壓狀態(tài)下圍巖應力的分析?！　?2)本文利用有限元分析軟件ANSYS，用平面4節(jié)點實體線性單元模擬圍巖，用Beam3單元模擬噴混凝土，用桿單元模擬錨桿，用Beam3單元模擬二次襯砌，選取Drucker-Prager屈服準則模擬圍巖，采用“反轉應力逐步釋放法”，利用殺死和激活單元來模擬九嶺隧道不同圍巖，不同施工方式，不同施工階段的開挖和支護過程?！　?3)對九嶺隧道深埋情況下Ⅲ級圍巖全斷面開挖和Ⅳ級圍巖臺階開挖兩種情況進行模擬；對九嶺隧道出洞口V級圍巖淺埋偏壓條件下的YKl95斷面不同開挖方式進行了模擬。模擬了淺埋偏壓條件下單洞采用CRD法開挖時四種不同工序和小凈距隧道兩種不同開挖方案，并對之比選，采用關鍵點監(jiān)測的方法找到偏壓小凈距隧道開挖過程中應力場的變化規(guī)律；對實測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結果的對比分析?！　?4)簡明闡述了新奧法施工的概念和隧道監(jiān)測監(jiān)控的方法和手段。結合九嶺隧道監(jiān)測監(jiān)控項目，對九嶺隧道Ⅳ級和V級圍巖中的兩個斷面的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，并通過建立有限元模型求解出數(shù)值解，通過數(shù)值解和實測數(shù)據(jù)的對比分析，得到鋼弦式傳感器可以應用于隧道圍巖應力變化的測量，對實際施工具有指導意義的結論?！　⊥ㄟ^以上幾個方面的研究，可以得到：　　(1)拱腳、拱頂和中間巖柱是施工中應該給予重點關注的部位；　　(2)后行隧道開挖過程中，會對先行隧道洞周應力產生影響，影響的程度和圍巖的級別以及開挖方式等因素有關，圍巖巖質越好、開挖擾動越小，對先行隧道的應力影響越小。　　(3)偏壓小凈距隧道開挖時不同工序對圍巖應力分布存在影響，左洞及右洞的應力場相互重疊，產生了復雜的應力重分布，由于偏壓的存在，隧道圍巖最終應力場并不對稱，深埋側隧道附近圍巖的應力略大于淺埋側隧道圍巖，就開挖工序上說，宜采用先開挖隧道埋深小的一側較為有利。　　(4)采用臺階開挖時，在開挖下臺階并進行支護的前后，圍巖的應力發(fā)生了較大的變化，當下臺階逐漸遠離監(jiān)測斷面，圍巖的應力逐漸趨于平穩(wěn)?！　?5)二次支護施作后，因為二次襯砌阻礙了圍巖和初次襯砌的變形，圍巖的應力也發(fā)生較大的變化?！　?

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