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年拉山隧道开挖过程围岩稳定性分析

边巴次仁  
【摘要】: 本文以年拉山隧道为工程背景,采用目前较为成熟的弹性力学理论及地下工程所涉及的围岩应力理论,通过有限元数值模拟方法,对年拉山隧道Ⅳ级围岩段和Ⅴ级围岩段的衬砌形式和开挖方案在施工过程中的力学性态进行分析。在此基础上,对原Ⅴ级围岩段隧道断面进行优化,并分析其力学性态。 本文的所做的主要工作如下: (1)讨论了隧道初始地应力场及围岩应力基本理论和对隧道围岩地应力进行模拟的有限元数值分析原理; (2)讨论了由年拉山隧道实际工程到数学模型的简化、其物理力学参数的选取以及隧道围岩开挖的有限元数值模拟方法; (3)通过有限元数值分析方法,在年拉山隧道Ⅳ级围岩段和Ⅴ级围岩段现行设计的衬砌结构和施工方案下,对其开挖过程进行模拟,分析其计算结果和开挖稳定性; (4)在原Ⅴ级围岩段隧道的设计基础上,对隧道断面形式进行改进,以原设计的同样的计算步序对改进的隧道施工过程进行分析,分析其计算结果、开挖稳定性及工程经济性,并与原设计计算结果进行比较。 通过以上计算和分析,得出如下结论: (1)既有设计的Ⅳ级围岩段隧道衬砌条件和其开挖方案在施工过程中围岩基本处于稳定状态,此段隧道在施工和运营中的安全性较好; (2)在既有设计的Ⅴ级围岩段隧道衬砌条件和其开挖方案下,隧道在施工过程中的围岩基本稳定,但边墙底部初衬出现较大剪力,因此初衬在施工时,应对边墙底部应予以加强。 (3)对Ⅴ级围岩段隧道断面进行优化后,隧道在施工过程中局部衬砌仍出现较大应力,但较原设计的计算结果已减小很多。 (4)综合比较断面优化后的隧道和原Ⅴ级围岩段隧道的开挖模拟计算结果可得出,隧道断面优化后比原设计具有更好的开挖稳定性和衬砌受力性能。 (5)将断面优化后的隧道在施工中的经济性与原设计进行对比可得出,隧道断面优化后其经济性优于原设计。


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