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《天津大学》 2012年
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大断面地下洞室围岩稳定及支护措施研究

田新星  
【摘要】:随着我国经济和科技的飞速发展,以及地下工程施工技术的不断进步,人类对地下空间的利用也越来越多。在我国西南地区的不良地质带,许多特大断面、长隧洞正在建设,隧洞在不同开挖方式下引起的围岩变形差异、支护措施及支护时机的选取是设计人员与施工人员特别重视的问题。本文对不同开挖方式、不同支护措施及支护时机引起的围岩变形规律进行了研究,主要研究工作如下: (1)对目前常用的地下洞室结构分析计算模型进行了总结,评价各种计算模型的适用性。介绍地下洞室围岩稳定分析理论、弹塑性理论及支护与围岩耦合作用理论。 (2)选取浅埋大断面地下洞室为研究对象,通过建立全断面开挖法三维模型,分析不同开挖进尺、不同衬砌滞后距离情况下,洞周围岩的变形及塑性区分布规律。数值分析表明:在浅埋大断面隧洞全断面法开挖中,四类围岩与五类围岩的塑性区分布有很大差别。四类围岩塑性区主要分布在边壁底角,五类围岩塑性区主要分布在边墙整体,且塑性区扩展深度更大。在四类、五类围岩中,开挖进尺对围岩最终的竖向变形影响较大。 (3)选取位于四类围岩中、采取双侧壁导洞法施工的浅埋大断面隧洞为典型研究对象,通过建立三维弹塑性开挖支护模型,分析不同衬砌厚度和不同衬砌支护时机对围岩稳定的影响。分析表明,衬砌厚度对围岩塑性区的分布影响较大,对围岩应力分布影响较小;衬砌支护时机对围岩塑性区、围岩应力极值均有较大影响。 (4)以某水电站引水隧洞进口渐变段大断面隧洞为实例,对进口段开挖支护过程进行三维数值仿真分析,评价其开挖支护方案,得到的结论可以为类似工程提供参考。
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