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扁平特大断面公路隧道荷载模式及应用研究

曲海锋  
【摘要】: 扁平特大断面公路隧道是近几年为适应多车道高速公路建设而发展起来的一种隧道形式。它在跨度、扁平率,开挖方法上不同于普通的单洞双车道公路隧道,其受力及应力重分布的情况更加复杂。但是,当前我国扁平特大断面公路隧道修建数量较少,积累的设计、施工实践经验十分匮乏;设计规范或标准尚未出台。为此,论文以目前国内最长的龙头山单洞四车道特大断面公路隧道为工程背景,基于荷载.结构设计理论,在荷载模式、断面形式和支护参数等方面进行深入的研究。论文主要的研究内容和取得的成果如下: 总结、分析和评价当前的各种围岩压力及松动荷载计算方法的研究进展情况;对当前的各种松动荷载计算方法进行适应性分析,深入论证特大断面大跨度公路隧道荷载研究的必要性。结合依托工程,讨论当前荷载及围岩压力计算方法在扁平特大断面隧道计算中存在的问题。 提出适合于扁平特大断面隧道荷载计算方法的基本思路,即过程荷载计算方法。讨论过程荷载计算方法与传统的状态荷载计算方法的区别与联系,讨论和分析过程荷载计算方法的实现过程和基本特点。 分析和验证过程荷载计算方法的合理性。通过龙头山隧道现场试验,分析围岩内部位移量测的试验数据,讨论隧道松动区范围的发生和发展趋势、永久荷载大小及分布规律;验证基于过程理念的荷载计算思路的合理性。基于数值分析软件,建立扁平特大断面的计算模型,分析隧道松动区随开挖过程的发展规律,从定性的角度验证过程荷载计算思路。 建立扁平特大断面隧道过程荷载计算方法的具体应用形式。推导过程荷载计算方法的应用公式,完善过程荷载计算方法的具体应用步骤、方法和模型;讨论应用过程中的一些具体问题。最后,通过实例说明过程荷载计算方法的使用程序和操作过程。 以工程造价为目标函数,实现了基于过程荷载计算方法的扁平特大断面隧道结构优化。通过分析对比基于过程荷载的隧道全局优化结果、基于状态荷载的隧道全局优化结果、实际依托工程设计参数,给出基于过程荷载设计方法的扁平特大断面公路隧道的断面形式及主要支护参数的取值建议。 论文从应用角度出发,建立了扁平特大断面公路隧道的荷载计算方法,提出隧道断面形式及主要支护参数的基本建议。论文对扁平特大断面公路隧道荷载模式进行了积极的探索和创新,得到了一些具有一定指导意义的规律和结论。文章可为今后同类工程的设计与施工提供重要的参考或实用价值。 最后,本文就进一步需要开展的研究进行了讨论。


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