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初期支护设计方法优化及二次衬砌施作时机研究

齐龙飞  
【摘要】:隧道施工所采用的喷射混凝土是一种龄期类材料。在喷射混凝土施作完成后,需要几天甚至是几十天的时间才能使其强度和弹性模量达到最终值。而目前大多数设计者在进行初期支护计算模拟时往往不考虑喷射混凝土这一硬化特性。本文使用FLAC3D软件通过对喷射混凝土支护参数进行循环赋值,实现了初期支护中喷射混凝土支护参数随龄期变化的模拟。通过数值模拟对初期支护中考虑喷射混凝土硬化特性和不考虑喷射混凝土硬化特性两种情况进行对比分析,得出两种情况对围岩的变形和塑性区的范围的影响无明显差别,而两种情况下初期支护的应力相差很大,在隧道初期支护设计时需要考虑喷射混凝土硬化特性。并以埋深为100m的V级围岩衬砌为例,通过对比分析,阐述了在初期支护的设计时考虑喷射混凝土硬化特性可以使得设计更加合理并且可以避免工程材料的浪费。 对于二次衬砌而言,合理确定二次衬砌施作时机是保证隧道工程施工阶段和长期运营阶段安全性的关键。本文使用ANSYS软件对IV、V级围岩条件下150m、200m、250m、300m埋深的隧道分别进行数值模拟计算,通过比较初期支护拱顶相对下沉速度恰满足铁路隧道施工规范时距离开挖掌子面的距离与拱脚水平相对净空变化速度恰满足规范规定时距离开挖掌子面的距离,得到初期支护拱脚水平相对净空变化速度先于拱顶相对下沉速度满足铁路隧道施工规范的要求。通过对二次衬砌安全性和抗裂性的检算,以及与二次衬砌极限变形值的比较,最终得到在不干扰前方隧道开挖支护施工的情况下,二次衬砌的合理施作时机。


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