不均匀地层条件下隧道施工力学行为研究

论文摘要

本文以在建的龙厦铁路象山隧道出口段为研究背景，以出口浅埋段Ⅲ、Ⅴ级围岩共存地段的不均匀地层和Ⅵ级围岩地段为计算对象，采用了有限元数值模拟和现场监测数据分析两种手段，对其进行了开挖过程施工力学行为研究分析。讨论研究地层不均匀情况下初期支护施工力学行为及可能出现的破坏模式，并提出辅助施工措施；在围岩级别较差地质环境下进行施工开挖方案比选，确定最优方案，并据此进行施工方案优化等。本文的主要研究如下：（1）针对Ⅲ、Ⅴ级围岩上下共存情况下，论文重点对分界线位于不同位置的围岩及初期支护受力特点、变形破坏关键部位进行研究，并以此为基础，对Ⅲ、Ⅴ级围岩上下共存情况下的辅助施工措施进行探讨，以期提高围岩及初期支护的稳定性。（2）针对Ⅲ、Ⅴ级围岩左右共存情况下，论文重点对分界线位于不同位置、不同角度的围岩及初期支护受力特点、变形破坏关键部位进行研究，并以此为基础，对Ⅲ、Ⅴ级围岩左右共存情况下的辅助施工措施进行探讨，以期提高围岩及初期支护的稳定性。（3）通过对隧道出口浅埋的Ⅵ级围岩地段采用三台阶加临时仰拱与CRD工法开挖过程中的围岩及初期支护力学行为进行比较研究，给出了Ⅵ级围岩段、一定埋深条件下合理施工方法。采用三维有限元模拟，对CRD工法开挖过程中时空效应、台阶长度、循环进尺等因素对初期支护内力的影响进行了深入研究分析。在此基础上，从隧道初期支护稳定角度，进行开挖方案的优化。（4）通过象山隧道出口段CRD工法开挖过程中的围岩、支护结构应力监测资料等的综合分析，来印证理论章数值模拟的结果，并进一步阐述了围岩、初支结构在施工过程中的力学行为的变化趋势及其分布规律。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 隧道开挖过程施工力学行为的研究方法与现状
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 隧道施工力学原理
• 2.1 隧道施工过程应力状态分析
• 2.2 隧道开挖后围岩二次应力分析
• 2.2.1 圆形隧道开挖后围岩弹性二次应力
• 2.2.2 隧道开挖后围岩二次应力弹塑性分析
• 2.3 隧道施工过程中围岩与支护相互作用的探讨
• 2.4 隧道施工过程模拟计算
• 2.4.1 隧道开挖卸荷的模拟
• 2.4.2 隧道施工过程的模拟
• 第三章 Ⅲ、Ⅴ级围岩共存浅埋隧道力学行为研究
• 3.1 不同级别围岩共存地层不均匀性分析
• 3.2 研究思路及模型建立
• 3.2.1 研究思路
• 3.2.2 模型建立
• 3.3 Ⅲ、Ⅴ级围岩上下分布对初期支护的影响规律研究
• 3.3.1 Ⅲ、Ⅴ级围岩共存对初期支护的内力影响
• 3.3.2 Ⅲ、Ⅴ级围岩共存分界线位置对初期支护内力的影响
• 3.4 Ⅲ、Ⅴ级围岩左右分布对初期支护的影响规律研究
• 3.4.1 Ⅲ、Ⅴ级围岩左右分布分界线不同位置初支内力分布规律
• 3.4.2 Ⅲ、Ⅴ级围岩左右分布分界线不同角度初支内力分布规律
• 3.5 Ⅲ、Ⅴ级围岩共存的辅助施工措施
• 3.5.1 Ⅲ、Ⅴ级围岩共存上下分布时的辅助施工措施
• 3.5.2 Ⅲ、Ⅴ级围岩共存左右分布时的辅助施工措施
• 第四章 Ⅵ级围岩浅埋隧道施工力学行为研究
• 4.1 Ⅵ级围岩不同开挖方法的数值模拟分析
• 4.1.1 隧道开挖数值模拟条件
• 4.1.2 数值模拟计算结果与分析
• 4.2 Ⅵ级围岩 CRD 工法时空效应与开挖施工方案优化
• 4.2.1 模型建立及参数选取
• 4.2.2 数值模拟计算结果与初支内力分析
• 第五章 Ⅵ级围岩段监测结果分析
• 5.1 监控量测的意义
• 5.2 监控量测概况与方法
• 5.2.1 监控量测段概况
• 5.2.2 监控量测方法
• 5.3 监控量测成果及数据分析
• 5.3.1 围岩与初期支护接触应力分析
• 5.3.2 初期支护应力分析
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历