浅埋偏压隧道洞口新型防护结构的静力分析

摘要

浅埋偏压隧道洞口开挖是隧道施工的控制性工程，如何保证浅埋偏压隧道洞口段安全开挖和后期的正常运营是广大隧道工程人员亟待解决的问题。经过大量资料查阅和工程实例调查，总结了目前浅埋偏压隧道洞口开挖前的加固措施，并以实际工程为基础，详细分析了反压土法处理浅埋偏压隧道洞口的局限性，提出了偏压隧道洞口开挖新型防护结构，用于解决浅埋偏压隧道洞口开挖过程中衬砌大变形，整体位移等问题。该新型结构将抗滑桩、长大管棚和锚索各自的特性通过分步施工和分时注浆技术相结合，使抗滑桩、管棚和锚索在隧道开挖时协同工作共同抵抗浅埋偏压隧道洞口的偏压应力，同时增加隧道暗挖段长度，确保浅埋偏压隧道洞口段的安全开挖和后期正常运营。本文采用理论分析和数值模拟对比分析的方法对新型防护结构的变形和受力进行了研究，具体研究内容如下： （1）以规范法给出的浅埋偏压隧道破坏模式，推导出反压土处理浅埋偏压隧道最优回填土厚度与宽度的比值，采用有限元法验证了公式的正确性，分析反压土处理后浅埋偏压洞口开挖时隧道衬砌的位移和受力，得出反压土处理浅埋偏压隧道虽可减少隧道整体位移，但衬砌仍承受较大偏压应力，拱肩处变形较大。 （2）针对现有浅埋偏压隧道洞口处理措施的不足，提出浅埋偏压隧道洞口开挖新型防护结构，并对该新型防护结构的构成、施工工艺和结构特性进行了介绍，对其工作机理进行了详细的探讨；得出修筑了新型防护结构的浅埋偏压隧道洞口开挖时，防护结构内力重分布，组成防护结构的锚索、管棚、浅埋侧抗滑桩和深埋侧抗滑桩协调工作共同抵抗地形和施工偏压应力，将部分偏压应力传递到深层稳定土体和受力较小的浅埋侧抗滑桩，可保证隧道洞口的安全和后期的正常运营。 （3）以浅埋偏压隧道洞口开挖新型防护结构的施工特点为线索，建立了地形和施工偏压下该新型结构与土体相互作用简化分析模型，分别推导了地形偏压单独作用，地形和施工偏压共同作用时新型防护结构的位移和内力计算公式。案例分析表明：地形和施工偏压共同作用下防护结构的水平位移和内力大于地形偏压单独作用时，但在深埋侧抗滑桩与管棚交叉附近地形偏压下的深埋侧抗滑桩内力大于地形和施工偏压共同作用时的内力。 （4）采用有限元软件 ADINA建立了浅埋偏压隧道洞口防护结构模型，分析了浅埋偏压隧道洞口开挖新型防护结构的受力和变形特点，并与理论计算值进行对比，得出隧道洞口防护结构的内力和变形的理论值与模拟值趋势相近，验证了理论计算公式的正确性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 存在的问题

1. 4 本文研究的主要内容和方法

1. 5 本文创新点

第2章 反压土法处理浅埋偏压隧道的特性及不足

2.1 引言

2.2 反压土处理浅埋偏压隧道时回填土厚度与宽度的关系

2.3 反压土处理浅埋偏压隧道的有限元分析

2.4 反压土处理浅埋偏压隧道的不足

2.5 本章小结

第3章 浅埋偏压隧道洞口新型防护结构的提出及其工作机理

3.1 引言

3.2 浅埋偏压隧道洞口新型防护结构的提出

3.3 浅埋偏压隧道洞口新型防护结构的构造

3.4 浅埋偏压隧道洞口新型防护结构的施工工艺

3.5 浅埋偏压隧道洞口新型防护结构的结构特性

3.6 浅埋偏压隧道洞口新型防护结构的工作机理

3.7 本章小结

第4章 浅埋偏压隧道洞口防护结构的简化计算

4.1 引言

4.2 地形偏压下防护结构的计算

4.3 地形和施工偏压共同作用下防护结构的计算

4.4 浅埋偏压隧道洞口防护结构案例分析

4.5 本章小节

第5章 浅埋偏压隧道洞口防护结构的有限元分析

5.1引言

5.2 ADINA有限元程序简介

5.3 浅埋偏压隧道洞口防护结构的数值分析

5.4 本章小节

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）