VI级围岩浅埋大跨度偏压隧道稳定性研究

论文摘要

本文主要以赣韶铁路良村隧道为工程背景,针对CRD法施工隧道,模拟隧道的开挖过程,从而对隧道围岩以及支护结构的稳定性进行分析,并通过隧道现场施工监控量测技术手段对Ⅵ级浅埋大跨偏压隧道的围岩稳定性进行了探讨。结合目前国内外对隧道的研究特点以及国内外对隧道施工方法的现状,本文针对CRD法施工隧道在施工过程中隧道围岩与支护结构稳定性进行了较为深入的研究工作。首先,运用有限元程序MIDAS/GTS对良村施工中采用CRD法施工与采用三台阶七步开挖法施工进行了二维数值模拟分析,通过计算对在两种不同施工方法的情况之下,隧道围岩体的横竖向变形情况、围岩应力情况、支护结构内力情况进行了比较。从结构变形与受力角度考虑该隧道选为CRD法施工较为合理。然后,针对浅埋偏压隧道CRD法施工存在有不同的开挖顺序问题,即先开挖山体内侧分部还是先挖山体外侧分部,针对这两种施工顺序对隧道开挖过程建立三维模型,并对隧道结构的位移场、应力场作了分析比较,得出先开挖山体外侧在变形和受力上都较小,即优选先山体外侧开挖方案。最后,通过隧道现场监控量测结果所获得的地表沉降曲线、拱顶下沉曲线、洞内收敛位移曲线、围岩与初衬间压力变化曲线以及钢支撑内力变化曲线进行了分析,并与理论计算进行了比较,互相印证。依据现场实测情况表明,隧道内侧初砌所受压力大于隧道外侧,隧道内侧衬砌结构安全性较低,钢支撑轴力主要为压应力,并且拱腰位置轴力大于其他部位,隧道内侧钢支撑所受轴力普遍大于外侧,并得出实际所采用的先山体外侧开挖的CRD工法施工较为合理。通过对隧道的现场施工监挖量测,及时对围岩的变形与受力信息进行反馈,进行现场指导施工和修改设计参数,在对隧道围岩以及支护结构稳定性作初步判断的基础之上,同时结合数值模拟分析,以更准确地了解隧道结构情况,对隧道的设计与施工具有一定的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 浅埋隧道施工存在的问题
• 1.2.2 围岩稳定性研究现状
• 1.2.3 浅埋隧道围岩稳定性研究现状
• 1.2.4 围岩稳定性研究的发展趋势
• 1.3 隧道工程概况
• 1.3.1 地形地貌
• 1.3.2 工程地质与水文地质
• 1.3.3 设计背景及概况
• 1.4 本文研究的主要内容和方法
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 隧道有限元计算模型
• 2.1 有限元概况
• 2.1.1 有限元研究概况
• 2.1.2 有限元法的特点
• 2.2 有限元的基本原理
• 2.2.1 虚功原理
• 2.2.2 最小位能原理
• 2.2.3 最小余能原理
• 2.3 有限元的分析过程
• 2.4 有限元程序简介
• 2.4.1 MIDAS/GTS 分析功能
• 2.4.2 MIDAS/GTS 单元类型
• 2.5 有限元模型
• 2.5.1 计算背景
• 2.5.2 有限元计算模型
• 第三章 浅埋隧道施工方法比选
• 3.1 数值模拟分析概况
• 3.1.1 MIDAS/GTS 的实现
• 3.1.2 边界条件
• 3.1.3 本构模型及参数的选取
• 3.1.4 两种施工方法的数值模拟
• 3.2 CRD 法的动态数值模拟
• 3.2.1 CRD 法网格的划分
• 3.2.2 围岩的变形分析
• 3.2.3 围岩应力分析
• 3.2.4 支护内力分析
• 3.3 三台阶法的动态数值模拟
• 3.3.1 三台阶法网格的划分
• 3.3.2 围岩变形分析
• 3.3.3 围岩应力分析
• 3.3.4 支护内力分析
• 3.4 两种施工方法比较
• 第四章 浅埋隧道合理工序安排
• 4.1 浅埋隧道CRD 法施工技术
• 4.1.1 隧道施工方案简述
• 4.1.2 CRD 法分部开挖方法
• 4.1.3 CRD 法分部开挖工序
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.3 合理工序安排
• 4.3.1 位移场分析
• 4.3.2 应力场分析
• 4.4 计算结果分析
• 第五章 现场监控量测及数据处理
• 5.1 隧道施工监测监控内容
• 5.1.1 基本内容
• 5.1.2 围岩分类与断面选取
• 5.1.3 测试项目的实施目的及内容
• 5.2 监控量测数据的处理与分析
• 5.2.1 变形监测分析
• 5.2.2 变形监测结果讨论
• 5.2.3 围岩与初衬间压力监测
• 5.2.4 钢支撑内力监测
• 5.2.5 小结
• 5.3 数值模拟及实测数据之间的对比分析
• 5.3.1 数据对比
• 5.3.2 原因分析
• 5.4 监控量测工程图片
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的技术服务项目