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高速公路连拱隧道施工时空效应及动态三维反馈分析

吴祥松  
【摘要】: 针对我国连拱隧道施工的技术特点,本文以安徽芜湖龙山连拱隧道为工程背景,在现场监测、室内流变试验、数值模拟、理论分析及反馈分析的基础上,研究了连拱隧道施工产生的时间和空间效应,连拱隧道左右隧洞施工的相互影响,预测连拱隧道开挖产生的空间效应,并对连拱隧道爆破动力产生的空间效应进行了数值分析,具有重要的理论意义和工程实用价值。 对连拱隧道实施量测的数据进行分析,将连拱隧道的时空效应分离,得出连拱隧道的时间效应约为空间效应的0.3倍;将室内流变试验与现场监测数据进行对比,分析得出流变参数与由现场量测所得结果相近,从而指导施工;根据拱效应原理和叠加原理推导得出隧道上方围岩的应力场和位移场公式,由此得到空间效应计算公式及连拱隧道围岩压力计算公式;通过对连拱隧道施工空间效应分析,得出各施工工序对隧道上方围岩的影响。 通过数值模拟,得到连拱隧道围岩开挖和支护的动态施工对围岩和结构产生的拱效应,并与现场实测值、数值计算以及规范计算方法所得结果进行比较,提出了连拱隧道的荷载计算公式。 洞口爆破施工以及距离洞口较远的隧道内进行爆破施工,分别对围岩空间效应以及对相邻隧道围岩的稳定性影响进行数值模拟分析,得出隧道右洞爆破施工对左洞的空间效应不会产生破坏影响;隧道洞内的爆破施工对围岩空间效应的破坏比在隧洞口稍大。 根据现场量测到的隧道拱顶下沉时程曲线,利用函数拟合方法将未量测到的位移“找回”,得到测点的全部位移,对连拱隧道进行全量位移和增量位移反演分析,利用反演分析得到的围岩力学参数,对下一施工步施工产生的影响进行预测,从而可以对隧道进行信息化施工、设计;通过引入随机试验,利用方差分析法加速收敛速度,得到改进的蚁群算法并应用于优化反演,这一方法是有效的、可行的,具有较好的全局搜索效果和搜索速度。


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