六潜高速小净距隧道施工方法及合理净距的数值模拟研究

论文摘要

随着我国国民经济的不断发展,高等级公路建设中隧道的数量日益增多,由于特殊地质及地形条件、线桥隧衔接方式等原因的限制,双洞隧道左右线间距不能保证达到规范的要求,必须采用小净距隧道或连拱隧道等特殊结构型式。另外从目前来看,采用连拱隧道存在防水、中墙开裂等质量问题。与此同时,小净距隧道既较好地解决了双洞隧道接线问题,又有效地克服了连拱隧道的质量等问题,在山区公路隧道建设中正得到广泛的应用。但小净距隧道设计、施工中较多关键技术未能解决,诸如对中间岩柱进行加固的判定条件和加固方法、合理施工方法、长期安全性评估等,因此加强针对小净距隧道研究是十分必要的和具有现实意义的。本文选题依托六潜高速公路实际隧道工程,通过理论分析及数值模拟方法,探讨了小净距隧道围岩受力特征,分析了具体工程条件下小净距隧道的合理施工方法,研究了在合理施工方法下的小净距隧道净距优化等问题。论文通过建立隧道施工有限元力学模型,对小净距隧道在三种开挖方法下的力学特性进行数值模拟。通过对隧道围岩应力、应变特征、围岩位移特征及支护结构受力情况等进行综合比较,给出了V级围岩段、一定埋深条件下小净距隧道的合理施工方法。论文结合小净距隧道合理施工方法的分析结果,对采用合理施工方法时,不同埋深的小净距隧道在不同净距下的进行数值模拟,中夹岩柱塑性区大小与净距紧密相关。同时,隧道埋深和围岩类别也是影响塑性区大小的重要因素,给出了Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下小净距隧道的合理净距值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 小净距隧道国内研究现状
• 1.3 小净距隧道国外研究现状
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 隧道施工过程数值模拟有限元基本方法
• 2.1 ANSYS有限元程序简介
• 2.2 计算范围、边界条件和单元类型的选择
• 2.3 模型本构关系的选择
• 2.4 地应力场的模拟
• 2.4.1 施工开挖模拟
• 2.4.2 锚喷支护的模拟
• 2.5 小结
• 第三章 小净距隧道不同开挖方法的数值模拟分析
• 3.1 六潜高速小净距隧道工程概况
• 3.1.1 六潜高速小净距隧道工程围岩地质构造
• 3.1.2 六潜高速小净距隧道工程围岩岩性
• 3.1.3 六潜高速小净距隧道工程气侯、水文及地下水条件
• 3.1.4 主要施工方法开挖顺序
• 3.2 小净距隧道三种开挖方法施工过程的数值模拟
• 3.2.1 小净距隧道数值模拟条件
• 3.2.2 模拟单元的选择
• 3.2.3 开挖过程的数值模拟计算
• 3.3 数值模拟计算结果与分析
• 3.3.1 单洞开挖数值模拟计算结果与分析
• 3.3.2 双洞开挖数值模拟计算结果与分析
• 3.3.3 支护结构的应力分布对比分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 小净距隧道合理净距的探讨
• 4.1 小净距隧道净距合理取值的影响因素
• 4.2 小净距隧道合理取值的判断准则
• 4.3 合理净距取值和围岩塑性应变特征
• 4.3.1 V、IV类围岩塑性区与合理净距取值
• 4.3.2 隧道周边典型位置位移特征
• 4.3.3 III类围岩张应力分布与合理净距取值
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献