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浅埋大断面土质隧道施工中的时空效应研究

郑强  
【摘要】: 隧道围岩在开挖过程中,会产生一定的变形,而这个变形有一个时间和空间的历程,称为时空效应。本文以哈尔滨绕城高速天恒山隧道为工程应用背景,在现场进行了跟踪施工监测,在现场监测、理论分析以及数值模拟基础上,研究了浅埋大断面土质隧道施工过程中的时空效应。 本文首先介绍了时空效应原理的发展概况和研究现状,简述了CRD法施工原理及步骤。然后从理论和现场实测数据出发,分析了隧道开挖引起的围岩深部位移和地表沉降变化,得出施工引起的时空效应规律。最后结合工程实际,使用有限元软件Ansys对隧道开挖过程中的时空效应进行三维有限元分析。 研究得到以下结论: 1、总结出CRD施工过程对围岩深部位移的影响可分为三个阶段;比较和总结了开挖过程中掌子面的推进与位移之间的变化规律,并用Boltzmann函数进行了曲线拟合,取得了良好效果;确定了围岩松动圈的范围,对工程实践有参考价值。 2、地表沉降的变化过程(时空效应)大致分为以下几个阶段,即前期沉降阶段、急剧变化阶段、缓慢变化阶段和基本稳定阶段;得到地表沉降槽演化特征,隧道埋深与地表沉降之间的关系非常近似于直线反比关系。 3、利用三维黏弹性有限元数值模拟隧道开挖,分析开挖面空间约束效应和时间效应,利用实测结果和计算结果进行分析对比,验证了时空效应的变化规律。


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