论文摘要
随着我国经济的不断发展,政府对交通基础设施建设的投资力度在不断增加,交通网的完善和提速改造都带来了大量在既有隧道旁新建隧道的工程现象,且规模越来越大,隧道间距也越来越近。此外,大中型城市也积极推进地铁建设,不断扩大对地下空间和地下资源的全面开发利用,这势必造成大量的新建结构物邻近既有隧道施工。隧道近接施工过程中,新建隧道会改变既有隧道的受力状态,使初始应力场经过多次扰动,这种反复扰动改变了既有隧道和新建隧道的应力状态,不仅给既有隧道带来安全隐患,也给新建隧道带来施工的复杂性,比如围岩承载能力的下降,洞周位移的不收敛变形等。因此,深入开展地下工程近接施工的力学机理及其对策研究已成为当务之急。论文以实际工程为背景,采用理论分析与数值仿真技术相结合的研究方法,对隧道近接施工中出现的弹塑性复杂应力状态、新建隧道采用不同施工工法对既有隧道的影响、既有隧道损伤的位置及程度识别等问题进行详细阐述,并结合实际工程——大望山隧道开挖对既有东深供水隧道的安全影响进行系统深入的研究,得到应力应变的影响规律。论文的主要研究内容及成果概括如下：（1）基于弹塑性力学基本理论阐述了洞室开挖过程中的二次、三次应力状态,计算表明弹性围岩条件下,平行或重叠隧道的围岩应力集中系数高于单一洞室的影响,围岩的切向应力是围岩破坏的主要因素；弹塑性围岩条件下,平行或重叠隧道的塑性区深度比单一洞室情况下要大,而且向近接洞室方向的扩展深度大于围岩方向的扩展深度,围岩力学性态更为复杂,建议加强支护。（2）根据新奥法施工力学原理,采用弹塑性力学有限元方法,研究新建隧道在五种不同施工工法条件下（全断面开挖法、上下台阶法、CD法、CRD法及导洞法）对既有隧道的影响,分析既有隧道的应力应变规律及塑形变形,提出施工工法的选择原则；研究新建隧道和既有隧道在不同隧道间距（S=2-4D）,不同埋深（H=20-90m）条件下的关键点的位移,得到间距和埋深对隧道变形的影响规律。（3）新建隧道在施工过程中,会对既有隧道造成损伤,论文在弹性地基梁理论和结构力学理论的基础上,考虑隧道衬砌存在空洞或衬砌厚度减小等不利情况,采用模态曲率差法和神经网络法对衬砌的损伤位置和损伤程度进行识别,并通过三十三个数值算例进行验证,结果表明模态曲率差法可以有效识别损伤位置,所构造的RBF神经网络可以有效地识别损伤的程度。（4）以大望山近接隧道施工的实际工程为背景,进行不同施工工序、不同施工步骤、不同固结灌浆条件下对既有隧道的应力应变分析,建议在隧道开挖过程中,采用固结灌浆方式加固交通隧道围岩,并且采用小进尺开挖隧道,尤其在接近交叉段处,将进尺控制在1.5m以内,甚至可采用1m的进尺推进隧道。同时,采取加强支护、减小爆破药量等施工工艺,减小隧道开挖对供水隧道衬砌结构的影响,同时加强供水隧道衬砌的监测,确保供水隧洞安全。（5）阐述近接施工中爆破荷载的影响,采用LS-DYNA对常规爆破荷载以及偶然爆破荷载对既有隧道的影响进行研究,计算表明常规隧道爆破开挖时爆破引起供水隧洞的垂直振速峰值较大区域主要在拱顶处,并逐渐向下衰减,水平振速峰值向下先增大后减小,垂直振速峰值在整个截面内都大于水平振速峰值；一般偶然爆炸荷载作用,供水隧洞的拱顶和拱腰的关键点对爆炸冲击波的响应较大,偶然爆炸荷作用下隧洞最大的动拉应力点位于拱顶,建议加强对拱顶垂直振速以及拱顶应力的控制以确保隧道的安全。
论文目录
相关论文文献
标签：近接施工论文; 新建隧道论文; 既有隧道论文; 施工工法论文; 损伤识别论文; 曲率差论文; 神经网络论文; 数值仿真论文;