论文题目: 浅埋暗挖隧道管棚预支护机理及其效用研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 采矿工程
作者: 赵建平
导师: 徐国元,黄仁东
关键词: 隧道,超前预支护,掘进面稳定,双参数地基模型,有限元
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 管棚超前预支护技术作为隧道开挖的辅助工法,能够有效地解决隧道在穿越浅埋大偏压、软弱破碎围岩、泥流地下水活动较强等特殊困难地段的隧道开挖问题。该工法已广泛应用于城市地铁等隧道施工当中,并发挥了重要作用,国内的多个软土地层的地下工程实例表明其可靠性。本研究以管棚预支护结构与围岩的相互作用机理研究为对象,分别就管棚的设计与施工、管棚支护结构与围岩的相互作用、工程实际量测及管棚支护效果的有限元分析四方面开展研究,主要研究工作如下: (1) 对超前预支护技术及各支护类型的优缺点进行了系统的总结与评价;对国内应用较多的超前支护方案的特点进行了详细比较分析。针对管棚预支护结构的特点,对其地层适应性、参数设计与施工进行了系统总结,提出了施工中易出现问题的解决方法。 (2) 以土与基础的相互作用理论为基础,建立了基于双参数模型之上的管棚支护结构与围岩相互作用模型,采用解析解得到了管棚结构的扰度方程、转角、弯矩方程及地基反力方程;建立了基于地基反力方程的隧道开挖面边坡稳定评价模型。将该模型应用于实际工程当中,计算出了某隧道在管棚支护下的扰度曲线、地基反力和在该地基反力作用下隧道开挖面的安全系数,同时将管棚结构扰度计算结果与实际测试进行了比较,证明了建立的管棚支护结构与围岩相互作用模型正确,能够与实测结果吻合。 (3) 以某浅埋隧道工程为例,通过对管棚支护下隧道CRD工法开挖时,地表及拱项沉降、管棚应变等进行了量测,结果证明了管棚支护对控制地表下沉、稳定开挖面起到有效作用。 (4)系统分析了地下工程中常用支护措施的力学效果分析方法。通过对管棚超前支护工法的力学效果分析,根据支护结构作用的等效原则,建立了管棚支护效果等效力学模型。利用二维及三维有限元方法分别就两隧道的管棚支护效果进行了评价,再次证明管棚超前支护结合开挖方式能够很好地抑制地表沉降和拱顶下沉,满足工程设计要求。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 超前预支护技术概念及其支护类型
1．2．1 超前预支护技术概念
1．2．2 超前预支护分类及优缺点评价
1．3 管棚超前支护技术
1．3．1 管棚超前支护技术原理及适用条件分析
1．3．2 管棚超前支护技术的应用和发展
1．3．3 国内外研究现状
1．4 本研究的科学技术价值及主要研究内容
1．4．1 本研究的科学技术价值
1．4．2 本文主要研究内容
第二章 管棚超前支护设计及施工方法
2．1 管棚用途及分类
2．1．1 管棚的用途
2．1．2 管棚超前支护分类
2．2 管棚支护机理及配置
2．2．1 管棚支护机理
2．2．2 管棚的配置
2．3 管棚超前支护技术施工范围及常用施工方法
2．3．1 施工范围的确定
2．3．2 管棚常用施工方法
2．4 管棚支护结构设计
2．4．1 管棚构造
2．4．2 长管棚支护的参数设计
2．4．3 长管棚工作室和导向墙的设计
2．5 管棚施工概述
2．5．1 管棚施工计划及施工
2．5．2 长管棚下的隧道开挖及支护效果检测
2．6 长管棚施工中易出现的问题、产生原因及处理方法
第三章 浅埋软岩隧道管棚超前支护作用机理分析
3．1 隧道围岩压力的确定及掌子面稳定性评价
3．1．1 隧道围岩压力的确定
3．1．2 隧道围岩分类
3．1．3 掌子面自稳性评定指标和方法
3．2 浅埋隧道变形特点分析
3．2．1 浅埋隧道与深埋隧道的判别
3．2．2 根据理论计算确定隧道变形特点
3．2．3 根据隧道实际测试分析隧道变形特点
3．3 管棚结构的力学特点分析
3．3．1 软弱破碎围岩隧道开挖过程力学特点的分析
3．3．2 根据实际工程测试结果分析管棚的基本力学特点
3．3．3 根据现有理论分析管棚的基本力学特点
3．3．4 管棚力学模型建立的基本观点
3．4 隧道开挖过程中管棚力学模型的建立
3．4．1 土与管棚相互作用的理想化土性质模型及接触界面性态
3．4．2 管棚上作用荷载及作用范围的确定
3．4．3 隧道开挖过程管棚力学模型的建立
3．4．4 双参数地基上梁(管棚)的受力计算方法
3．4．5 双参数地基上梁的控制微分方程
3．4．6 双参数地基上梁的控制微分方程求解
3．4．7 由附加荷载引起的扰度、斜率、弯矩和剪力计算
3．4．8 双参数地基模型上管棚挠度方程的求解
3．5 管棚支护下的掘进面稳定性判别
3．5．1 管棚与地基的接触应力
3．5．2 边坡稳定分析方法
3．5．3 管棚作用条件下的掌子面稳定分析
3．6 计算过程的实现
第四章 管棚支护在浅埋软弱围岩隧道施工中的效用研究
4．1 管棚超前支护工程实例
4．1．1 工程概况及施工方案
4．1．2 现场量测及结果分析
4．2 基于管棚力学模型的管棚预支护效用分析
4．2．1 无支护作用下的隧道掌子面稳定分析
4．2．2 管棚支护作用下的隧道掌子面稳定分析
4．3 管棚纵向扰度曲线计算结果与实测结果比较
第五章 管棚超前支护效用数值模拟
5．1 管棚超前支护效用数值模拟现状
5．2 三维弹塑性问题的基本理论
5．2．1 弹塑性材料的本构关系
5．2．2 屈服准则
5．2．3 流动准则
5．2．4 强化准则
5．3 管棚超前强预支护复合结构的力学模拟
5．3．1 锚杆的力学模拟
5．3．2 注浆小导管棚的力学模拟
5．3．3 格栅钢架的力学模拟
5．3．4 网喷混凝土的力学模拟
5．3．5 管棚的力学模拟
5．4 管棚超前强预支护效果平面有限元分析实例
5．4．1 某下穿人工湖隧道管棚超前支护工程概况
5．4．2 某下穿人工湖隧道管棚预支护效果平面有限元分析
5．5 管棚超前强预支护效果的三维有限元分析实例
5．5．1 某隧道管棚超前支护工程三维有限元分析实例
5．5．2 计算结果及分析
5．6 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间参加的科研及论文发表情况
发布时间: 2006-03-28
参考文献
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