【博士】連拱隧道圍巖壓力計(jì)算方法與動(dòng)態(tài)施工力學(xué)行為研究【2007】

內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　學(xué)科專業(yè)：巖土工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：北京交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　連拱隧道設(shè)計(jì)施工已有30多年的歷史，成功建設(shè)數(shù)酉座連拱隧道。然而由于雙連拱隧道的連拱結(jié)構(gòu)，多分部開挖支護(hù)的結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)換過程多，圍巖應(yīng)力變化和圍巖與結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系復(fù)雜，目前在設(shè)計(jì)、旌工中仍然存在一些問題：　　①勘察設(shè)計(jì)圍巖分類與施工揭露實(shí)際圍巖級(jí)別常有差異，并難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)變更。②尚無滿足連拱隧道特點(diǎn)的圍巖壓力理論，特別是在淺埋偏壓條件下圍巖荷載估計(jì)偏差較大。③施工中經(jīng)常出現(xiàn)支護(hù)失效、襯砌裂縫及滲漏泄水等工程安全、質(zhì)量問題。　　本文首先研究連拱隧道坑道寬度取值及中墻計(jì)算模型選取，為連拱隧道特性研究提供基礎(chǔ)：然后確定地形偏壓臨界覆土厚度，對(duì)偏壓隧道與非偏壓隧道進(jìn)行界定；在此基礎(chǔ)上研究偏壓隧道和非偏壓隧道的圍巖壓力計(jì)算方法；為保證設(shè)計(jì)參數(shù)能符合施工中所揭露的圍巖實(shí)際條件，開展現(xiàn)場(chǎng)圍巖快速評(píng)價(jià)方法及巖體力學(xué)參數(shù)綜合確定方法研究：最后開展偏壓連拱隧道動(dòng)態(tài)旌工力學(xué)數(shù)值模擬研究，并結(jié)合實(shí)際工程接受工程實(shí)踐檢驗(yàn)。　　本文針對(duì)連拱隧道，進(jìn)行圍巖壓力計(jì)算方法和動(dòng)態(tài)施工力學(xué)行為研究，主要研究成果有：　　1、連拱隧道坑道寬度取值及中墻計(jì)算模型選取研究　　對(duì)于連拱隧道，圍巖理性區(qū)受中墻及施工方案影響較小，主要與最終開挖跨度有關(guān)。在計(jì)算衙載時(shí)要考慮最不利工況，連拱隧道坑道寬度取整個(gè)連拱隧道的寬度是合理的，偏于安全的?！　?、地形偏壓臨界覆土厚度研究　　應(yīng)用巖柱理論(又叫比爾鮑曼理論)求得塌落拱曲線方程，然后用作圖法在連拱隧道外側(cè)作一個(gè)切線與以地形的坡度求出的塌落拱曲線方程的切線相平行，兩平行線的距離即為地形偏壓臨界覆蓋厚度。運(yùn)用此方法求得連拱隧道大跨度條件下不同坡率、不同圍巖級(jí)別條件下的偏壓連拱隧道地形偏壓臨界覆土厚度，為偏壓連拱隧道設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)?！　?、連拱隧道圍巖壓力計(jì)算方法研究　　針對(duì)連拱隧道斷面遠(yuǎn)大于單線隧道，圍巖壓力遠(yuǎn)大于按單線隧道寬度修正結(jié)果所出現(xiàn)的問題，通過對(duì)目前常用地層壓力理論和公式進(jìn)行探索與系統(tǒng)分析，提出了對(duì)于大跨度雙連拱隧道，在極淺埋、荷載和謝家然理論荷載；在深埋條件下，淺埋條件下，仍然分別采用全土柱理論推薦雙連拱隧道豎直地層壓力采用適合。雙連拱大斷面隧道特點(diǎn)的修正比爾鮑曼理論圍巖壓力計(jì)算公式?！　?、偏壓連拱隧道圍巖壓力及結(jié)構(gòu)計(jì)算方法研究　　對(duì)于淺埋偏壓連拱隧道，不僅要考慮非對(duì)稱的地層主動(dòng)荷載，還要調(diào)整淺埋側(cè)地層被動(dòng)荷載，提出淺埋偏壓連拱隧道地層主動(dòng)偏壓荷載和被動(dòng)不均勻荷載確定方法及地形偏壓情況下隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理計(jì)算方法，并求得不同坡率、不同圍巖級(jí)別條件下淺埋側(cè)土體的彈性抗力系數(shù)的合理取值，為設(shè)計(jì)中偏壓連拱隧道采用荷載結(jié)構(gòu)模式計(jì)算時(shí)淺埋側(cè)土體的彈性抗力系數(shù)取值提供參考?！　?、施工期間圍巖快速評(píng)價(jià)及綜合確定巖體力學(xué)參數(shù)方法研究在充分吸收國內(nèi)外圍巖分類經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)隧道施工期問的現(xiàn)場(chǎng)圍巖判別特點(diǎn)與要求，提出了一種現(xiàn)場(chǎng)圍巖快速評(píng)價(jià)方法，該方法以定量與定性指標(biāo)相結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)觀察、量測(cè)及快速評(píng)價(jià)。另外針對(duì)隧道圍巖實(shí)際力學(xué)指標(biāo)難以獲取的難題，提出應(yīng)用圍巖O指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)荷載強(qiáng)度推測(cè)圍巖物理力學(xué)參數(shù)的方法，并結(jié)合圍巖快速評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合確定隧道圍巖實(shí)際力學(xué)指標(biāo)。　　6、連拱隧道動(dòng)態(tài)施工力學(xué)的數(shù)值模擬研究　　對(duì)于淺埋偏壓連拱隧道，側(cè)導(dǎo)洞應(yīng)該先開挖深埋側(cè)側(cè)導(dǎo)洞，而主洞應(yīng)該先開挖淺埋側(cè)主洞；而對(duì)于非偏壓連拱隧道，在圍巖條件較好時(shí)主洞開挖可采用上下臺(tái)階法，且主洞開挖合理的工作面問距應(yīng)約為2．0D～3．0D(D為單拱跨度1；在中隔墻完成后，部分回填，使正洞初期支護(hù)能直接作用在中隔墻上，不僅有效提高支護(hù)整體剛度，還使中隔墻受力更合理，改善中隔墻受力狀態(tài)。　　經(jīng)富溪偏壓連拱隧道工程施工與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)，研究中提出的連拱隧道坑道寬度取值、偏壓連拱隧道深淺埋分界、圍巖主動(dòng)壓力與圍巖被動(dòng)壓力計(jì)算方法、現(xiàn)場(chǎng)圍巖級(jí)別快速評(píng)價(jià)以及施工方法正確合理，為工程成功建設(shè)提供了重要技術(shù)支持，也為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。　　

專題推薦