大跨度软弱围岩高速公路隧道施工方法研究

论文摘要

通过大量文献资料,本文论述了国内外大跨度隧道的力学特性、稳定性和施工方法。介绍了大跨度隧道的发展及其研究现状,讨论了大跨度隧道的基本力学特性,以及断面型式、扁平率和仰拱对力学特性和隧道稳定性的影响。文章以软弱围岩地区的大跨度高速公路隧道为对象,概括了常用的公路隧道施工方法,重点论述了软弱围岩地区大跨度高速公路隧道的基本施工方法和辅助施工方法,并对其适用性进行了评述。本文以秦岭Ⅰ号高速公路隧道为例,针对该隧道紧急停车带跨度大、断面面积大、围岩类别低的特点,利用ANSYS6.1有限元程序,对该隧道的单侧壁导坑开挖施工法和主洞上中下三台阶开挖施工法进行有限元动态数值模拟,用单元的“杀死”和“激活“功能模拟岩体的开挖和衬砌的施加。现场监控量测数据说明了有限元模拟的可行性。数值模拟结果显示,在秦岭Ⅰ号高速公路隧道Ⅱ类围岩中,这两种开挖方法都能满足隧道稳定性的要求,单侧壁导坑法施工在围岩的受力和变形方面要优于主洞上中下三台阶开挖法,它能够很好的防止隧道小范围的局部塌方和不稳定。但该施工法需要进行多次的开挖和导坑临时支护的拆除,对围岩的扰动大,增加了施工工期,同时临时支护增加了工程造价。主洞上中下三台阶法相比于单侧壁导坑法对围岩的扰动减小,不需要进行临时支护,为施工提供了较大的断面空间,便于机械化作业,缩短工期,降低了造价。综合比较,文章最终确定了更能适应秦岭Ⅰ号高速公路隧道建设需要的主洞上中下三台阶施工方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 大跨隧道的发展及其研究现状
• 1.2 本文研究的内容
• 2 大跨隧道力学特性分析
• 2.1 大跨（大断面）隧道的基本力学特性
• 2.2 断面形式对大跨隧道力学特性的影响
• 2.2.1 几种常见洞室的围岩应力状态
• 2.2.2 断面型式对隧道力学特性的影响
• 2.3 扁平率对大跨隧道力学特性的影响
• 2.4 仰拱对大跨隧道力学特性的影响
• 3 大跨隧道软弱围岩稳定性分析
• 3.1 影响围岩稳定性的主要因素
• 3.2 隧道尺寸效应对围岩稳定性的影响
• 3.3 扁平率对围岩稳定性的影响
• 3.4 埋深对围岩稳定性的影响
• 4 大垮隧道施工方法研究
• 4.1 隧道施工基本方法
• 4.2 大跨隧道适用施工方法分析
• 4.2.1 大跨（大断面）隧道的基本施工方法
• 4.2.2 大跨（大断面）隧道的辅助施工方法
• 4.2.3 大跨隧道施工方法的评述
• 4.2.4 大跨隧道施工方法和选择及新技术开发
• 5 大跨度隧道施工过程有限元动态模拟
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 隧道的工程地质
• 5.1.2 隧道水文地质条件
• 5.2 秦岭Ⅰ号隧道的施工开挖方案
• 5.3 施工过程有限元模拟模型
• 5.3.1 计算模型和计算参数
• 5.3.2 屈服准则的选取
• 5.3.3 单元的杀死与激活
• 5.3.4 边界条件和荷载
• 5.4 左侧壁导坑开挖法施工的动态数值模拟
• 5.4.1 应力场分析
• 5.4.2 位移场分析
• 5.5 主洞上中下三台阶开挖法施工的动态数值模拟
• 5.5.1 应力场分析
• 5.5.2 位移场分析
• 6 现场监控量测及数据处理
• 6.1 监控量测信息的反馈方法
• 6.1.1 理论反馈法
• 6.1.2 经验反馈法
• 6.2 现场监控量测的必要性和意义
• 6.3 监控量测项目
• 6.4 秦岭Ⅰ号隧道施工监控量测方案
• 6.4.1 秦岭Ⅰ号隧道量测方案
• 6.4.2 现场监控量测数据的采集
• 6.4.3 监控量测数据的处理与分析
• 6.4.4 监控量测结果
• 7 总结
• 7.1 本文主要成果
• 7.2 对今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献