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《重庆交通大学》 2012年
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软弱围岩隧道不同开挖方法施工力学响应数值模拟

许光磊  
【摘要】:随着我国公路隧道建设规模的扩大和建设标准的提高,公路建设中会遇到各种情况复杂的软弱围岩地段。然而,软弱围岩隧道坍方、作业人员伤亡等事故却时有发生。本文主要针对软弱围岩隧道的开挖方法对软弱围岩隧道围岩及支护结构力学状态做进一步研究。 本文系统分析了软弱围岩隧道的地质工程特性、影响软弱隧道围岩稳定性的各种因素、变形破坏特征,并总结了软弱围岩隧道开挖的四种施工方法。结合漆树坡隧道进口软弱围岩地段的施工实例,根据漆树坡隧道部分典型断面的量测资料:对围岩变形位移-时间特征及影响变形原因分析,主要研究成果有: ①选取漆树坡隧道软弱破碎段进行监控量测,研究了典型断面的围岩位移-时间变形曲线、围岩位移-空间变化曲线的特点及规律,对围岩变形时间效应和空间效应进行分析,得出漆树坡隧道软弱围岩变形特征有:隧道拱顶沉降变形量比周边水平收敛值大。漆树坡隧道软弱破碎的Ⅴ级围岩变形的位移变形释放速率均较为缓慢,Ⅳ级围岩的围岩变形的位移变形释放速率均较为迅速。其中,下台阶开挖时的位移变形释放速率明显快于上台阶开挖时的速率。 ②对漆树坡隧道软弱破碎的段采用全断面、上下台阶法、CD法和CRD法的开挖施工过程进行数值模拟研究。用全断面法开挖时,由于开挖断面较大,围岩约束解除的比较快,虽然位移最终值不是太大,但是变化速度比较快,不利于控制围岩的变形;采用台阶法开挖上半部时,由于跨度大、矢跨比小,在上台阶的两个下端会产生很大的应力集中,不利于承受外部荷载,因此支护时要求迅速、及时,支护强度要高并且要注意上、下台阶连接处的加固处理;采用CD法施工时,中壁墙两端的围岩和初期支护产生很大的应力集中和拉应力,出现局部破坏,采用此方法时,应注意中壁墙的柔性支护设计;CRD法开挖围岩时,扰动次数多,且没有可靠的中壁墙支护,极不利于围岩迅速形成承载结构。 ③对四种施工方法进行分析比较:四种方法均能保证施工安全且四种开挖方法位移都满足规范要求;但通过数值模拟分析加上考虑到施工工期及经济因素,最后决定对漆树坡隧道进口段采用上下台阶法开挖,提出最终适合于该隧道的施工方法。
【学位授予单位】:重庆交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U455.4

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