小净距空间交叉隧道施工技术研究及数值模拟分析

论文摘要

小净距空间交叉隧道是小净距隧道的一种特殊情况,小净距隧道一般指两隧道间净距小于1.5倍隧道开挖宽度的隧道、它是介于普通分离式隧道与连拱隧道的一种特殊隧道结构型式。由于不受地形条件及总体线路线型的限制,相比连拱隧道施工工艺简单、工期短、易于做防水处置、造价较低等优点,小净距隧道正作为一种新型的结构形式逐渐被采用。本文研究的小净距空间交叉隧道上穿既有的隧道,在交叉点的最小净距只有1.7m,施工难度很大,且尚缺乏足够的设计施工经验,其隔底板度远小于普通分离式隧道,并在施工过程中多次受到扰动,使得围岩稳定性和支护结构受力较为复杂。所以有针对性的探讨分析该类型隧道施工设计实例和施工技术对推动小净距隧道发展及应用起着关键性的作用。本文以高九路i,j匝道隧道与大坪隧道属于小净距空间交叉隧道工程为依托,对小净距空间交叉隧道信息化施工技术展开深入探讨,对该类隧道设计施工技术进行了总结。并用有限元软件模拟了匝道隧道爆破开挖全过程,结合工程实际,得到最优的开挖施工方案,为类似工程提供了设计施工参考。具体内容如下:①根据岩石爆破破坏理论,冲击荷载及动态强度等理论对小净距隧道施工对既有隧道的影响进行了理论分析。②研究分析了新建空间交叉隧道不同开挖方法对既有隧道的影响并运用有限元软件模拟了开挖过程。③以i,j匝道隧道与大坪隧道交叉段隧道为依托,介绍了施工实施的重难点并总结了该工程在施工过程中的主要施工技术。④针对依托工程的实际情况,对上穿匝道隧道开挖爆破过程进行数值模拟研究并对结果进行分析,从中得到最优的开挖施工方案,并从中提取具有普遍意义的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 新奥法施工技术概述及要点
• 1.3 小净距隧道施工的主要特点及研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 小净距隧道施工对既有隧道影响的理论分析
• 2.1 隧道围岩岩石的破碎模型
• 2.2 隧道岩石爆破破坏理论
• 2.3 隧道岩石爆破应力波理论
• 2.4 运动方程的建立和求解
• 2.5 本章小结
• 3 新建隧道不同开挖方法对既有隧道的影响
• 3.1 实现卸载过程的具体方法
• 3.1.1 反转应力释放法
• 3.1.2 地应力自动释放法
• 3.2 小净距隧道主要开挖方法施工步骤
• 3.3 小净距隧道三种开挖方法对下方隧道扰动的数值模拟分析
• 3.3.1 小净距隧道数值模拟计算模型
• 3.3.2 单侧壁导坑法施工隧道数值模拟结果分析
• 3.3.3 双侧壁导坑法施工隧道数值模拟结果分析
• 3.3.4 台阶法施工隧道数值模拟结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 上穿隧道与大坪隧道交叉加强段施工技术研究
• 4.1 大坪隧道工程以及匝道隧道工程的地质情况
• 4.1.1 地形、地貌
• 4.1.2 地层及岩性
• 4.1.3 地质构造
• 4.2 交叉加强段施工概况
• 4.3 交叉加强段施工技术研究
• 4.3.1 台阶法开挖方案
• 4.3.2 减震带的设置
• 4.3.3 钻爆作业
• 4.3.4 隧道爆破震动监控量测
• 4.3.5 Φ22 沙浆锚杆的施工
• 4.3.6 孔桩及承台施工
• 4.3.7 拱底加强板施工
• 4.4 施工过程监测及效果分析
• 4.4.1 爆破震动监控量测
• 4.4.2 施工效果
• 4.5 本章小结
• 5 上穿隧道施工对大坪隧道影响数值模拟研究
• 5.1 爆破模型计算理论基础
• 5.1.1 爆破冲击荷载
• 5.1.2 围岩与衬砌的动强度和动弹模
• 5.2 大坪隧道及高九路匝道隧道材料相关参数的确定
• 5.3 高九路i，j 匝道隧道爆破掘进对既有隧道的影响的数字模拟及结果分析
• 5.3.1 MSC.Marc 软件简介
• 5.3.2 数值模拟模型的建立
• 5.3.3 上台阶开挖有限元模型爆破效果结果分析
• 5.3.4 基于数值模拟结果的最佳爆破开挖方案确定
• 5.4 本章小结
• 6 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文