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非对称小净距隧道施工力学行为研究

何珺  
【摘要】:本文在充分考虑非对称小净距隧道双洞结构型式差异的基础上,以北京地区典型砂卵石地层条件为背景,综合运用理论分析、模型试验、数值模拟和现场监测等方法,重点研究了非对称小净距隧道的围岩压力计算方法、结构受力特点、近接施工影响分区、施工方案优化以及施工力学时空效应等内容,以期为非对称小净距隧道的设计与施工提供参考。主要研究内容和成果如下:(1)充分考虑小净距隧道的几何非对称条件以及洞室开挖顺序对围岩荷载的影响,明确了浅埋非对称小净距隧道围岩荷载的作用模式,提出了相应的围岩压力计算方法,对围岩压力的分布规律及其特征进行了探讨,并通过实际工程监测数据对计算公式进行了验证。(2)利用自主研发的大型平面模型试验台架,针对砂卵石地层力学特性配制了以颗粒级配和内摩擦角为主要相似指标的围岩模型材料;通过相似模型试验分析了非对称小净距隧道的围岩压力分布规律、结构受力特点、裂缝发展和结构破坏过程,并与非对称连拱隧道进行了对比,为非对称隧道工程结构的选型提供了参考依据。(3)提出了以附加变形、附加应力和塑性区为判别指标的隧道近接影响分区判别准则,并给出了相应的分区方法;以北京城区典型地层非对称小净距隧道工程为例,综合考虑隧道断面尺寸与空间分布位置的差异,通过数值模拟重点分析了后建隧道开挖对先行隧道支护结构的内力、变形及围岩塑性区的影响规律,给出了具体的影响分区结果和相应的施工对策。(4)以北京地铁16号线苏州街站停车线区间工程为背景,通过数值模拟对变断面非对称小净距隧道施工全过程的地层变形和支护结构内力变化规律进行了系统分析,重点对中夹岩加固方案和锁脚锚管布设方案等进行了优化分析。(5)依托实际工程开展现场试验研究,针对隧道开挖过程中地层变形规律、围岩-衬砌接触压力分布、支护结构受力特点等进行了系统研究,总结了变断面非对称小净距隧道施工力学行为的主要规律和时空特性,对类似工程的施工安全、质量及进度管控工作具有一定的指导意义。


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