连拱隧道施工力学行为研究

【摘要】：以浙江省金(华)丽(水)温(州)高速公路二期工程20座连拱隧道为研究背景,采用室内相似模拟试验、有限元数值模拟分析和现场试验相结合的研究手段对跨度约为25m的4车道双连拱公路隧道施工力学行为进行了全面系统的研究。 研究内容和方法: 1.以几何相似比C_L=20和容重相似比C_r=1为基础相似比,以围岩类别进行分组,实现在弹性范围内各控制性物理力学参数的全相似性,对围岩特征、物性、原始地应力场、支护结构刚度和支护时机、开挖步骤进行了严格的相似模拟,完成了Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类三种围岩,三导洞、中导洞半断面和中导洞全断面三种施工方法共9组的施工全过程相似模拟试验:并对其中7组施工结束后的结构体系进行了安全性相似模拟试验;最后完成了Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类三种围岩不同配筋率共7组的二次衬砌长期安全性相似模拟试验。 2.采用有限元法对连拱隧道洞身段进行了施工全过程和长期安全性二维数值模拟分析。完成了Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类三种围岩,0.5D、1.0D、1.5D和1.8D(D为隧道跨度)四种埋深,三导洞、中导洞半断面和中导洞全断面三种施工方法共16组等压连拱隧道的施工全过程弹塑性数值模拟分析:Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类三种围岩,1.2、1.4和1.6三种偏压率,1:1.2、1:1.8和1:2.4三种偏压坡度共37组偏压连拱隧道的施工全过程弹塑性数值模拟分析;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类三种围岩,0.75D、1.0D、1.5D、2.0D四种等效土柱荷载共12组等压连拱隧道的长期安全性弹性数值模拟分析。 3.采用有限元法对典型连拱隧道的洞口段40m范围的施工全过程进行了三维弹性数值模拟分析。 4.在双港口一号隧道、双港口二号隧道和里东隧道三座代表性连拱隧道进行了现场试验研究;采用可靠的测试手段,全面系统地实测并分析了12个(初期支护和二次衬砌各6个)断面各次开挖所引起的围岩松弛范围、初期支护结构和二次衬砌结构的实际受力状况。 主要研究成果: 1.提出了单一围岩类别条件下连拱隧道的安全经济施工方法以及包含多种围岩类别的全长隧道安全经济的施工方法;连拱隧道施工过程中后