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小坝田隧道支护结构优化及二次衬砌施作时机研究

王永辉  
【摘要】:近年来,我国高速公路与铁路建设事业发展迅速,其中破碎岩质隧道工程在隧道施工中所占比例也逐渐增加,但是在破碎岩质隧道设计施工过程中也暴露出了越来越多的问题,比如支护结构参数选择难、支护施作时机确定难等,这些难题一直困扰着破碎岩质隧道支护技术应用与发展。 首先,本文总结了国内外破碎岩质隧道支护理论的发展,阐述了此类工程施工特性、破碎岩质隧道变形和失稳的力学机制、破碎岩质隧道支护作用机理、破碎岩质隧道支护优化理论,在此基础上应用MIDAS/GTS有限元软件以破碎岩质隧道为研究对象,通过建立三维有限元模型模拟了该破碎岩质隧道开挖和支护全过程,主要分析了破碎岩质隧道支护结构中喷射混凝土强度等级对破碎岩质隧道围岩开挖变形及喷射混凝土轴应力的影响、锚杆支护参数(锚杆长度、直径、间排距)对破碎岩质隧道围岩开挖变形及锚杆轴力的影响、钢拱架支护参数(钢拱架间距、型钢型号)并对破碎岩质隧道围岩开挖变形及钢拱架轴力的影响、二次衬砌混凝土强度等级及混凝土厚度对破碎岩质隧道围岩后期变形及二衬轴应力的影响。在此基础上本文对支护结构参数及支护方式进行了优化研究,提出了该破碎岩质隧道的最优支护参数和支护方式。 其次,本文阐明了二次衬砌最佳施作时机的提出及发展历程,阐述了二次衬砌最佳施作时机的各种判定标准及判定方法,并结合实际工程的监控量测数据,以最能直观反映围岩变形情况的围岩变形位移量和最能直观反映围岩应力释放的初期支护各结构的应力应变变化规律为主要控制参数,对破碎岩质隧道二次衬砌支护的施作时机进行深入研究,得到了该破碎岩质隧道在原支护结构设计条件下二衬的最优施作时机,并在此理论基础上利用前期本隧道优化后的各支护结构参数值通过数值模拟,最终确定该隧道在最优支护参数和支护方式条件下二衬的最优施作时机。以上研究成果可为类似地质条件下软弱围岩隧道的设计和施工提供科学的理论依据和指导作用。


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