【博士】上下交叉隧道近接施工力學(xué)原理及對(duì)策研究【2007】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　本文依托云南省鹽津縣白水江三級(jí)電站引水隧洞下穿內(nèi)昆鐵路手扒巖隧道近接工程，綜合運(yùn)用調(diào)查研究、數(shù)值分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比方法，在歸納總結(jié)和批判吸收的基礎(chǔ)上，對(duì)正交或大角度相交、深埋、新建／后修隧道上穿或下穿既有／先修隧道的上下交叉山嶺隧道(礦山法施工)的靜力、動(dòng)力影響和對(duì)策進(jìn)行研究。研究成果有：　　1、利用Peck沉降曲線經(jīng)驗(yàn)公式，以既有線路軌道容許變位和既有結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力為依據(jù)，確定了沉降閾值；運(yùn)用既有結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度準(zhǔn)則結(jié)合鐵路隧道健康狀況等級(jí)確定應(yīng)力增量閾值；并基于風(fēng)險(xiǎn)管理理念，確定了不同研究方法應(yīng)采用的控制標(biāo)準(zhǔn)?！　?、采用三維有限元法對(duì)引水隧洞下穿鐵路隧道進(jìn)行研究，分析了鐵路隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力增量、沉降規(guī)律，得到了引水隧洞對(duì)鐵路隧道有影響的施工范圍并不關(guān)于鐵路隧道軸線對(duì)稱(chēng)，下穿引水隧洞施工過(guò)程中，鐵路隧道將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形；根據(jù)沉降和應(yīng)力增量控制標(biāo)準(zhǔn)確定了兩交叉隧道的相互影響范圍和影響程度，對(duì)既有隧道和新建引水隧洞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全檢算，并得到了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的驗(yàn)證：證明了采用三維數(shù)值模擬用于研究此類(lèi)近接問(wèn)題的可行性和計(jì)算結(jié)果的正確性?！　?、采用顯式動(dòng)力有限元方法分析了爆破振動(dòng)影響，得到了掌子面靠近既有隧道時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)速度大于相同距離處遠(yuǎn)離時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)；考察點(diǎn)和振源連線與水平面夾角為45。是振動(dòng)速度控制方向的臨界角度等成果。通過(guò)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了信息化爆破施工，使振動(dòng)速度得到了很好的控制，并與數(shù)值分析結(jié)果得到了較好吻合。　　4、鐵路隧道中列車(chē)機(jī)車(chē)第1個(gè)轉(zhuǎn)向架位于正上方時(shí)，引水隧洞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向位移、壓力均最大，之后呈簡(jiǎn)諧波的動(dòng)力響應(yīng)；案例的檢算結(jié)果表明，靜力是控制荷載，且結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度滿足要求。　　5、在單個(gè)方向地震波作用時(shí)，振動(dòng)(加)速度的最大方向與加載方向一致；垂直于隧道軸線的水平方向振動(dòng)下的最大響應(yīng)在拱頂，其余均發(fā)生在邊墻；隧道建成后的振動(dòng)(加)速度有很大程度減小，但有應(yīng)力集中；下穿隧道建成后，既有隧道交叉段的地震響應(yīng)得到改善?！　?、以既有隧道應(yīng)力增量作為判別標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)改變兩隧道洞徑：兩隧道凈距、隧道埋深及圍巖級(jí)別等參數(shù)，得出既有隧道應(yīng)力增量隨單一參數(shù)改變的規(guī)律，并根據(jù)影響閾值確定兩交叉隧道的相互影響范圍；首次引入可拓學(xué)．物元理論研究隧道近接施工影響，建立了近接影響程度等級(jí)判定模型，并采用插值法預(yù)測(cè)影響范圍。　　7、將新建隧道對(duì)策、中間地層對(duì)策和既有隧道對(duì)策等分三類(lèi)進(jìn)行研究，得到了既有隧道應(yīng)力增量與新建隧道拱頂下沉的關(guān)系，進(jìn)一步得到了與新建隧道預(yù)留變形量折扣率的關(guān)系；通過(guò)分段組合措施工況研究，得到了既有隧道應(yīng)力增量和新建隧道拱頂下沉與掌子面距離的關(guān)系曲線；確定了對(duì)策措施選擇原則，提出現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)項(xiàng)目及斷面和測(cè)點(diǎn)布置原則?！　?、在動(dòng)力影響中，通過(guò)新建隧道洞徑、兩隧道凈距、進(jìn)尺長(zhǎng)度、起爆方式和圍巖級(jí)別等的改變，得出炸藥藥量、考察點(diǎn)至爆源距離、圍巖級(jí)別三個(gè)因素與振動(dòng)速度的關(guān)系式，推導(dǎo)了隧道開(kāi)挖爆破振動(dòng)速度計(jì)算公式，并可通過(guò)變換公式計(jì)算工況的振動(dòng)速度、允許進(jìn)尺長(zhǎng)度及安全距離等；根據(jù)振動(dòng)速度和主應(yīng)力與新建隧道掌子面關(guān)系曲線、控制標(biāo)準(zhǔn)作出變軌曲線，進(jìn)而確定不同爆破參數(shù)適用的范圍；提出了對(duì)策確定原則、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及斷面和測(cè)點(diǎn)布置原則?！　?、編制了上下交叉隧道近接影響預(yù)測(cè)程序，可對(duì)上下交叉隧道的靜力、動(dòng)力影響程度和影響范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)，并選取相應(yīng)的對(duì)策措施。　　

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