小半径黄土铁路隧道支护结构参数优化研究

【摘要】：确定围岩的稳定性是在黄土隧道工程设计和施工研究中的难点和重点。黄土是一种有特殊的力学性质的围岩,因此,失稳事故时常发生,从而造成严重的经济损失及人员伤亡事故。维持围岩以及支护稳定是各类地下建筑工程中设计和施工的基本出发点。故而,面对黄土隧道围岩条件特殊多变的这一特点,研究黄土隧道围岩与支护的稳定性就显得十分有必要。围岩和支护结构需要共同承担荷载,这在新奥法的理念中可以看到,因此围岩压力的传递就是围岩与初期支护的实质作用。隧道在开挖前,自然岩体具有一定的原岩应力,在开挖施加初期支护构造后,围岩弹、塑性形变逐渐产生形变压力,直接作用在初期支护结构中。本文进行了原状黄土物理性质的室内试验研究,同时对于不同喷射混凝土厚度(17mm,22mm,27mm)、二次衬砌厚度(二衬拱墙厚度30mm仰拱厚度35mm;衬拱墙厚度40mm仰拱厚度45mm;二衬拱墙厚度50mm仰拱厚度55mm)、不同时期(开挖后50,100,200步时)施作初期支护的小半径黄土铁路隧道开挖进行了数值模拟,通过对整体的围岩和支护的位移、应力云图,以及相应监测点的位移和应力值的对比分析,研究了不同支护条件下,隧道围岩的稳定性。主要得出以下结论:1)由不同喷射混凝土厚度下开挖隧道的围岩位移和应力变化规律可知,随着喷射混凝土厚度的增加,隧道各测点位移呈现递减趋势,因此通过增加喷射混凝土在一定程度上可以减小围岩变形。不同喷射混凝土厚度条件下,围岩与地表位移基本分布规律一致。喷射混凝土厚度越大,各个监测点位移越小。对于不同厚度的喷射混凝土,随着其厚度增大,围岩监测点应力越大,但并不明显。2)由不同二次衬砌厚度下开挖隧道的围岩位移和应力变化规律可知,随着衬砌厚度的增加,隧道各测点位移呈现递减趋势,因此通过增加衬砌厚度在一定程度上可以减小围岩变形。不同喷射混凝土厚度条件下,围岩与地表位移基本分布规律一致。喷射混凝土厚度越大,各个监测点位移越小。对于不同厚度的二衬,随着其厚度增大,围岩监测点应力越大,但并不明显。最大值随着衬砌厚度的增大而降低,说明衬砌厚度增大,有利于缓解应力集中现象,对衬砌整体受力越有利。3)由不同支护时间下开挖隧道的围岩位移和应力变化规律可知,随着支护时间的增加,隧道各测点位移呈现递增趋势,因此支护时间越长围岩的位移越大。不同支护步数条件下,支护步数越长,位移释放率越大,各测点位移越大。不同支护时间下,围岩各部位应力监测分布规律基本一致,都是在左右两侧围岩最大,上下量测围岩应力较小,最大值分布在左右两侧一定范围之外的围岩。开挖后支护时步越长,各监测点应力越小。

【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U455.7