秦岭终南山公路隧道大埋深段施工监控量测与数值分析

论文摘要

随着我国交通建设的发展,特别是西部大开发战略的实施,公路隧道方案在山区和丘陵地区高速公路建设中日益引起重视,一些大埋深、大跨度的隧道相继出现。为了探求大埋深条件下,隧道施工过程中围岩及支护衬砌结构的力学性态和安全性,以世界规模第一、长度第二的秦岭终南山公路隧道为依托,结合隧道的地质条件和工程条件,选择了东西线两个大埋深试验段,进行了施工监控量测和数值模拟分析。首先,对隧道结构力学状态和稳定性进行了现场测试。量测内容包括围岩压力、围岩内部位移、初期支护净空收敛、型钢钢架应力、喷射混凝土应力、锚杆轴力、初期支护与二次衬砌间的接触压力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌净空收敛等;同时对量测布置与实施过程中碰到的几个问题进行了思考和探讨。其次,应用有限元分析软件(MIDAS/GTS)对施工过程进行了数值模拟,分析了初期支护及二次衬砌变形和受力的特点。最后,通过现场监测数据和有限元数值模拟计算结果进行分析对比,对隧道围岩的稳定性与支护衬砌结构的安全性进行了评定。监测及计算结果表明,大埋深条件下,型钢钢架和喷射混凝土为主要受力结构,尤其是型钢钢架受力较大,作用显著;二次衬砌受力安全,工作状态良好,有足够的安全储备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 发展概况
• 1.3 本文研究主要内容
• 第二章 现场监控量测的布置与测试
• 2.1 依托工程概况
• 2.1.1 秦岭终南山公路隧道概况
• 2.1.2 工程地质与水文地质条件
• 2.2 监控量测的内容与手段
• 2.3 监控量测的布置
• 2.3.1 试验段的选定
• 2.3.2 监测断面及量测探头的布置
• 2.3.3 量测探头的埋设
• 2.3.4 量测线头的保护
• 2.4 数据的采集与整理
• 2.5 量测中的几个问题
• 第三章 支护衬砌稳定性及其效果的判别标准
• 3.1 初期支护围岩稳定性及支护效果的判别标准
• 3.1.1 初期支护净空收敛的判别标准
• 3.1.2 喷射混凝土可靠性的判别标准
• 3.1.3 型钢钢架可靠性的判别标准
• 3.1.4 锚杆可靠性的判别标准
• 3.2 二次衬砌稳定性及衬砌效果的判别标准
• 3.2.1 二次衬砌净空收敛的判别标准
• 3.2.2 围岩压力的判别标准
• 3.2.3 二次衬砌可靠性的判别标准
• 第四章 现场监控量测的结果与分析
• 4.1 东线初期支护监控量测的结果与分析
• 4.1.1 围岩压力
• 4.1.2 喷射混凝土应力
• 4.1.3 钢架应力
• 4.1.4 锚杆轴力
• 4.1.5 净空收敛
• 4.2 西线初期支护监控量测的结果与分析
• 4.2.1 围岩压力
• 4.2.2 喷射混凝土应力
• 4.2.3 钢架应力
• 4.2.4 锚杆轴力
• 4.2.5 净空收敛
• 4.2.6 围岩内部位移
• 4.3 二次衬砌监控量测的结果与分析
• 4.3.1 初期支护与二次衬砌间的接触压力
• 4.3.2 二次衬砌混凝土应力
• 4.3.3 二次衬砌净空收敛
• 4.4 两个试验段监控量测的结果汇总分析
• 4.4.1 初期支护监控量测的结果汇总分析
• 4.4.2 二次衬砌监控量测的结果汇总分析
• 4.5 小结
• 第五章 数值模拟与分析
• 5.1 隧道工程有限元法数值模拟理论
• 5.1.1 计算范围的确定
• 5.1.2 边界条件和初始地应力场
• 5.1.3 本文有限元模拟采用的本构模型
• 5.1.4 隧道施工过程的模拟
• 5.2 大埋深段施工过程的数值模拟
• 5.2.1 计算模型及参数
• 5.2.2 计算结果与分析
• 5.2.3 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 对进一步研究的建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
• 致谢