复杂交叉隧道开挖的相关力学特性研究

论文摘要

交叉隧道中的后建隧道的开挖,再一次引起已有隧道围岩和支护结构的应力调整和重分布,引起交叉段附近岩体和支护结构力学特性发生复杂变化,对交叉段围岩的力学和变形有很大的影响。因此,本文以重庆轻轨三、四号线—南坪段隧道为工程实例,在对大量不同条件下的交叉隧道数值模拟结果进行分析、总结基础上,采用有限元模拟和工程实例类比相结合的方法,针对开挖顺序不同、间距不同时的复杂交叉隧道的相关力学特性进行了研究。①对大量不同条件下的交叉隧道数值模拟结果进行分析,总结了交叉部位围岩及衬砌的应力变化特性和位移变形规律。②对<<重庆万达商业广场二期工程拟建建筑物与轨道交通三、四号线隧道建设可行性论证报告>>中有关南坪交叉隧道开挖力学特性部分进行介绍。③运用大型通用有限元软件ANSYS10.0,对实际工程进行了施工过程的三维有限元数值仿真模拟,分析了新建隧道从已有隧道上方、下方穿过时,交叉部位处衬砌及围岩的相关力学特性。结果表明:开挖顺序不同时,隧道交叉部位的衬砌围岩主应力发生了明显变化,主应力附加应力云图的形状和分布也不同。④建立三个不同间距的三维有限元模型,首先分析了当新建隧道从已有隧道下方穿过时,每个模型中典型截面上的衬砌主应力及洞周收敛位移在隧道开挖面推进过程中的变化规律。然后分析了典型截面上的主应力及洞周收敛位移随着间距增大的变化规律。⑤将南坪工程和文中有限元计算结果进行对比。对比后发现:新建隧道从已有隧道下方穿过后,无衬砌支护和有衬砌支护两种情况下,已有隧道底部围岩在交叉断上方的应力变化有很大不同。⑥在对大量实际工程数值模拟结果进行分析、总结的基础上,结合数值模拟得到交叉段衬砌及围岩在新建隧道穿过已有隧道后的应力变化特性和位移变化规律。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出、目的及意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 本文的研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 已建交叉（叠）隧道工程实践
• 1.2.2 交叉隧道研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容及技术路线
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 交叉隧道开挖的相关力学特性
• 2.1 概述
• 2.2 盾构法施工的交叉隧道
• 2.2.1 盾构法数值模拟原理
• 2.2.2 盾构法施工的隧道及围岩的横向、纵向变形
• 2.2.3 盾构法施工的交叉隧道的相关力学特性
• 2.3 矿山法法施工的交叉隧道
• 2.3.1 矿山法数值模拟原理
• 2.3.2 矿山法施工的隧道及围岩的横向、纵向变形
• 2.3.3 矿山法施工的交叉隧道的相关力学特性
• 2.4 本章小结
• 3 南坪交叉隧道开挖的相关力学特性
• 3.1 工程概况
• 3.2 工程地质条件
• 3.2.1 地层岩性
• 3.2.2 地质构造
• 3.2.3 水文地质特性
• 3.2.4 岩体基本质量等级
• 3.3 计算参数研究
• 3.3.1 岩体弹塑性破坏准则
• 3.3.2 岩土体物理力学参数研究
• 3.4 弹塑性有限元分析
• 3.4.1 弹塑性有限元基本方法
• 3.4.2 模型建立
• 3.4.3 计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 复杂交叉隧道开挖的相关力学特性
• 4.1 开挖顺序不同时复杂交叉隧道的相关力学特性
• 4.1.1 交叉隧道三维有限元模型的建立
• 4.1.2 三维模型的计算结果
• 4.2 间距不同时复杂交叉隧道的相关力学特性
• 4.2.1 各典型断面的选取
• 4.2.2 横向应力结果分析
• 4.2.3 隧道结构纵向应力结果分析
• 4.2.4 位移、应变分析
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 后续问题的建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录