小净距隧道施工围岩—结构相互作用的有限元分析

论文摘要

小净距隧道是在特定地形条件下修建隧道的理想选择之一,在隧道建设中发挥了积极作用。作为分离式隧道的有效补充形式,小净距可有效解决分离式隧道最小净距要求所带来的展线不灵活、占地面积大、高边坡等突出问题。但是目前对小净距隧道的应用和研究仅是对均压情况下,施工过程中的力学特性和规律、洞室之间的相互影响,对偏压小净距隧道的研究较少。偏压小净距隧道的设计理论和施工方法远未成熟,无法满足工程的需要。本文以艾坪山小净距隧道为工程背景,利用理论分析,数值模拟等方法对偏压双洞、四车道的小净距隧道施工力学特性进行了较为全面的研究。①通过有限元数值模拟,分析了艾坪山软弱围岩洞口浅埋段超小净距隧道分别采用先挖左和先挖右两种施工方法和分别采用对拉锚杆加和不加预应力两种支护方法,得出了先开挖左隧道(埋深较浅)并采用预应力对拉锚杆支护比较合理的结论。②采用三维数值模型模拟隧道施工过程中围岩的初期支护结构的力学效应并分析围岩、衬砌在施工各阶段形变和受力状况,得出了左右隧道开挖断面之间的间距在50米的时,艾坪山小净距隧道的围岩变形和支护结构的力学效应都能够得到较好的控制并且隧道结构体系及围岩均处于稳定状态。本文发现在施工过程中,只要保证施工质量,该隧道的安全施工是能够保证的。③通过综述隧道支护设计理论总结了小净距隧道支护的一般方法和适应于复杂地质条件下的特殊支护方法。目前小净距隧道支护理论的发展都是以锚喷支护为中心,通过结合其它辅助支护措施从而达到处理特殊问题的目的。最后,本文总结了艾坪山小净距隧道的支护方法和具体的参数。④初期支护对抑制小净距隧道变形及增强其稳定性有着重要作用,特别是在净距较小、围岩级别较低、围岩较差时,应特别注意初期支护的封闭性,因此建议小净距隧道在后行洞开挖前应封闭先行洞的初期支护,然而当围岩稍好时也可以考虑不封闭初期支护但是在后行洞开挖之前应完成先行洞的仰拱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 公路隧道的发展
• 1.1.2 小净距隧道适应性分析
• 1.1.3 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 合理净距
• 1.2.2 围岩压力
• 1.2.3 中夹岩加固
• 1.2.4 爆破控制
• 1.2.5 开挖方法
• 1.3 研究存在的问题
• 1.4 本文研究内容与技术路线
• 第二章 偏压小净距隧道软弱围岩施工数值模拟研究
• 2.1 主要内容与目的
• 2.2 有限元法基本理论与计算程序功能介绍
• 2.2.1 有限元法基本原理
• 2.2.2 有限元计算分析程序 MIDAS/GTS 软件介绍
• 2.2.3 弹塑性本构模型
• 2.3 艾坪山隧道工程概况
• 2.3.1 隧道地形地貌
• 2.3.2 地层岩性
• 2.3.3 地质构造
• 2.3.4 水文条件
• 2.4 模型的建立
• 2.4.1 围岩力学模型
• 2.4.2 地应力场模拟
• 2.4.3 边界条件的确定
• 2.4.4 模型参数的选择
• 2.4.5 模拟单元的选择
• 2.4.6 有限元网格
• 2.5 数值模拟分析流程
• 2.6 计算结果分析
• 2.6.1 先挖左洞对拉锚杆施加预应力
• 2.6.2 先挖左洞对拉锚杆不施加预应力
• 2.6.3 先挖右洞对拉锚杆施加预应力
• 2.6.4 先挖右洞对拉锚杆不施加预应力
• 2.6.5 各开挖、支护方法的比较及评述
• 2.7 本章小结
• 第三章 艾坪山隧道软弱围岩施工力学效应研究
• 3.1 问题的提出
• 3.2 模型概况
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 围岩力学效应分析
• 3.3.2 支护力学效应分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 小净距隧道的支护方式研究
• 4.1 公路隧道支护概述
• 4.1.1 完整硬质围岩
• 4.1.2 稳定性一般的Ⅱ级和Ⅲ级硬质岩及稳定性较好的Ⅳ级围岩
• 4.1.3 稳定性差的Ⅳ级、Ⅴ级围岩
• 4.2 艾坪山隧道支护方式研究
• 4.2.1 进口极小净距段支护方式
• 4.2.2 一般小净距段支护方式
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的著作及取得的科研成果