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《成都理工大学》 2008年
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都汶公路龙溪隧道支护结构力学行为研究

李春林  
【摘要】: 我国是一个多山的国家,随着高等级公路的快速发展,各类特长、复杂地质条件下的高速公路隧道大量涌现。隧道在施工过程中,因设计、施工及复杂的地质条件等原因,使得隧道支护结构在施工过程中常出现变形、破坏等现象,甚至发生初期支护结构侵限、围岩大变形和坍方等,严重影响隧道施工安全和造成重大经济损失。因此,对于各类长大、复杂地质条件下的公路隧道,准确的获取施工过程中支护结构的力学行为,为动态设计提供科学依据,已经成为施工过程中必须解决的难题。 本文以在建的都(江堰)~汶(川)公路龙溪隧道为依托,基于施工期的监控量测和地应力原位测试成果,采用理论分析、弹塑性位移反分析方法、数值模拟计算以及基于荷载结构理论的支护结构计算等研究方法,对高地应力区深埋特长隧道在施工过程中初期支护结构力学行为进行系统研究,取得以下主要成果: 1.基于监控量测和地应力原位测试成果,采用弹塑性位移反分析法对Ⅴ级、Ⅳ级围岩段围岩力学参数进行了反演分析,从而准确获取了围岩力学参数,为数值模拟、动态设计提供了可靠的围岩体力学参数。反分析结果表明:洞身Ⅴ级围岩段弹性模量E=1.5GPa;洞身Ⅳ级围岩段弹性模量E=10GPa。 2.利用现场实测、位移反分析的结果,采用数值模拟方法,按照现场施工实际进行开挖、支护模拟,对龙溪隧道典型地段(进洞口浅埋段、洞身高地应力区Ⅴ级和Ⅳ级围岩段、出口洞偏压段)在施工过程中的初期支护结构实际力学行为进行了深入研究。结果表明:支护结构第一主应力、弯矩特征受初始地应力控制;自重应力场作用下,最大主应力部位出现在支护结构的两边墙部位,构造应力场作用下,最大主应力部位出现在初始地应力中最大主应力分量σ_1作用位置。锚杆轴力分布特征受初始地应力影响,一般最大锚杆轴力出现在初始地应力中最大主应力分量σ_1作用位置。 3.采用结构力学原理和荷载结构法,按照实际的地层压力和支护参数,进行高地应力区深埋特长隧道典型地段(进洞口浅埋段、洞身高地应力区Ⅴ级和Ⅳ级围岩段、出口洞偏压段)支护结构计算。计算结果表明:支护结构最大内力和主要变形出现在初始地应力中最大主应力分量σ_1作用位置。 4.综合上述计算结果,结合龙溪隧道地质条件及施工过程,从结构内力和变形两方面综合分析了龙溪隧道施工过程中地层压力对初期支护结构力学行为的影响,进行隧道支护结构安全性评价和隧道支护参数优化。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U455.7

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