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超大断面小净距隧道围岩稳定性分析及其工程应用

张云鹏  
【摘要】:城市经济建设的快速发展对交通基础设施提出了更高的要求,在隧道建设方面,现有车道数量多已不能满足高速增长的交通量需求,双向八车道隧道具有通车量大的优势,完美解决了这一城市交通发展难题。本文以在建济南绕城高速大岭超大断面小净距隧道为工程背景,对超大断面小净距隧道施工过程的力学效应进行了研究,得到以下主要成果:(1)开展了 Ⅳ级围岩衬砌加强段和衬砌一般段的数值模拟研究,针对Ⅳ级围岩衬砌加强段通过对比拱顶沉降稳定值及中岩墙位移稳定值,结果表明双侧壁导坑法优于CD、CRD法;同时围岩的塑性区分布表明双侧壁导坑法塑性区面积远小于CD、CRD法;得出在控制围岩变形方面,双侧壁导坑法具有明显优势;针对Ⅳ级围岩衬砌一般段,采用CD法与CRD法施工,围岩的位移变化规律和塑性区分布相近,综合考虑工程成本、施工进度以及工艺的难易程度等因素,最终选取CD法。(2)以大岭隧道Ⅳ级围岩浅埋小净距段为工程背景,研制了大型三维可视化组合式模型试验系统及围岩与“初支”相似材料,开展了超大断面小净距隧道施工过程模型试验,研究了围岩的位移场、应力场的演化规律,对比验证了模型试验与数值模拟结果,两种结果具有一致性,从而揭示了超大断面浅埋小净距隧道施工过程中围岩稳定性变化规律。(3)开展了大岭隧道Ⅳ级围岩浅埋小净距段现场试验,研究了隧道施工过程中围岩变形和支护体系的力学相互作用规律,对比分析了 Ⅳ级围岩衬砌加强段与衬砌一般段的围岩变形与支护结构受力变形规律,结合现场隧道监控量测数据,共同印证了不同衬砌支护条件下工法优化的可靠性,对提高工程质量、加快工程进度具有现实指导意义。


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