软岩公路隧道加宽带变截面施工力学行为研究

摘要

近些年来，随着我国经济建设的迅速发展，对交通运输能力的需求也越来越高，为了满足经济发展及人民出行的需要，我国对公路等基础设施建设领域的投入越来越大。在公路建设过程中，由于受到地形地貌的影响，采用隧道穿越山体成为普遍的工程需要。
　　在开挖过程中，对软弱围岩隧道围岩、支护结构的变形及力学特性研究，对于指导安全施工具有重要的意义。本文以漩口隧道为依托工程，结合现场的工程地质特征，通过理论分析及数值模拟等方法，分析该隧道在加宽带开挖过程中变截面围岩位移、围岩应力及支护结构应力的变化规律，优化施工工法和型钢支护参数，为以后类似工程提供借鉴。本文的主要研究内容及成果有以下几个方面:
　　(1)通过对漩口隧道加宽带的施工全过程模拟，分析了围岩的承载能力，并总结变截面围岩位移及应力的变化规律，初期支护应力的变化规律。分析结果显示，在加宽带开挖过程中，普通段变截面围岩位移、应力及初期支护应力相对与其他断面变化较大，且左侧拱腰、拱脚受到影响相对右侧较明显，其原因是该加宽带左侧相对于右侧进行了加宽。通过运用屈服准则对围岩承载能力进行分析，结果显示围岩均处于安全状态。
　　(2)采用不同台阶长度对隧道进行开挖时，随着台阶长度的增长，普通段变截面围岩位移逐渐增大，应力释放也逐渐增大;通过运用屈服准则对不同台阶长度围岩承载能力进行分析，采用台阶长度6m和8m时，围岩在整个开挖过程中均处于安全状态，推荐采用8m台阶长度。
　　(3)采用不同的开挖进尺时，随着进尺的增大，普通段变截面围岩位移逐渐增大，围岩应力释放也逐渐增大;通过对不同开挖进尺围岩承载能力进行分析对比，采用开挖进尺为0.8m和1.6m时，围岩处于安全状态;为了加快施工进度，又同时保证施工的安全性，推荐采用1.6m的开挖进尺。
　　(4)通过对比加宽带处不同型号工字钢对围岩变形的影响，得出通过调整型钢型号与布置间距之间的配合关系可以更好的控制围岩变形，推荐此隧道加宽带使用20a号工字钢，布置间距为0.7m。
　　综上，本文以实际工程为研究背景，对软岩公路隧道加宽带处围岩及支护结构的力学特性进行了理论分析和数值模拟，对加宽带施工工法和型钢支护参数进行了优化分析，并为同类型软岩隧道加宽带的设计和施工提供指导。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 大跨度隧道研究现状

1．2．2 隧道变截面研究现状

1．3 本文研究的内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 软岩隧道的地质特性及工程特性

2．1 软岩的概念

2．1．1 地质软岩的概念

2．1．2 工程软岩的概念

2．2 软岩的特性

2．2．1 软岩的物质成分

2．2．2 软岩的结构构造

2．2．3 软岩工程特性

2．2．4 软岩的力学性质和水理性质

2．3 软岩隧道的变形机理

2．3．1 围岩应力的弹性分析

2．3．1 围岩应力的弹塑性分析

3 漩口隧道加宽带变截面施工力学分析

3．1 工程概况

3．1．1 工程设计

3．1．2 水文地质条件

3．1．3 地质构造

3．1．4 地形地貌

3．2 数值模拟概况

3．2．1 漩口隧道支护参数

3．2．2 模型建立

3．2．3 施工过程

3．3 加宽带施工全过程模拟及分析

3．3．1 围岩位移

3．3．2 围岩应力

3．3．3 初期支护应力

3．3．4 围岩承载能力分析

3．4 本章小结

4 加宽带变截面施工工法及支护参数的优化分析

4．1 台阶长度优化分析

4．1．1 围岩位移对比分析

4．1．2 围岩应力对比分析

4．2 开挖进尺优化分析

4．2．1 围岩位移对比分析

4．2．2 围岩应力对比分析

4．3 加宽带型钢支护参数优化分析

4．3．1 加宽带型钢参数及工况的选取

4．3．2 模拟数据分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果