高速公路隧道Ⅳ1级围岩段仰拱分析及优化设计

摘要

近年来随着我国将建设中心转向基础设施的发展与完善，促进了高速公路事业的快速发展，而公路隧道作为影响高速公路建设发展的瓶颈因素，故其设计理念及施工方法的优化对于提高整个交通事业的发展水平都是具有重大意义的研究内容。
　　本文首先阐述了公路隧道研究的背景、现状、目的及意义，然后对公路隧道围岩及支护结构受力的计算的理论与方法进行分析介绍和研究总结，以此作为本文的理论基础。
　　全文最主要的研究工作放在以下几个方面：
　　1.了解实际工程概况的基础上，重点研究《公路隧道设计细则》中涉及围岩亚级划分的内容，选定Ⅳ1级围岩段隧道作为分析对象，确定隧道断面形式，优选新奥法作为施工方法，选择台阶法作为开挖方案，同时设计支护及衬砌结构的材料和形式，论述围岩稳定的判别条件。
　　2.利用有限元软件ANSYS及有限差分软件FLAC3D取长补短相结合建立数值计算模型，包括平底隧道模型1、仰拱隧道模型2、平底隧道底部施加注浆锚杆模型3和平底隧道底部施加注浆锚杆且开挖掉20cm原岩浇筑C25素混凝土封闭衬砌结构的最优化模型4。应用FLAC3D对以上四个模型进行静力计算，比较各模型在隧道开挖过程中的变形和受力状况。
　　3.分析比较四个模型随开挖步的竖向位移、竖向应力和塑性区范围的大小，以及支护和衬砌结构的变形和受力，综合比较模型2与模型1的优劣，分析研究模型3和模型4取消仰拱设置的效果，最后综合比选出模型4作为最优的设计和施工措施方案，从技术方面可以考虑Ⅳ1级围岩段隧道取消仰拱的设置，选择此模型方案应用于工程实际。
　　4.针对模型2和模型4进行经济分析，分析设置仰拱和取消仰拱设置的最优化模型造成的造价增加值的比较。
　　综上，本论文对四个模型的分别研究，深入理解了Ⅳ1级围岩段公路隧道仰拱设置的效果，并且提出了取消仰拱设置的施工建议，在达到设置仰拱时的效果，保证围岩稳定性的条件下，最终优化了隧道的原设计和施工方案，能够节省投资，缩短工期，为实际工程的施工提供了有价值的参考和指导。

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第一章 绪论

§1-1 仰拱的作用

§1-2 目前仰拱研究现状

§1-3 仰拱研究的背景、目的和意义

§1-4 主要研究的内容和方法

第二章 公路隧道围岩压力计算及支护结构受力计算

§2-1 深埋隧道围岩松散压力

§2-2 深埋隧道围岩的形变压力

§2-3 隧道支护计算方法介绍

§2-4 本章小结

第三章 工程概况及数值模拟模型的建立

§3-1 工程概况

§3-2 公路隧道围岩分级

§3-3 隧道断面设计

§3-4 隧道开挖方法选取

§3-5 隧道支护及衬砌设计

§3-6 围岩稳定性判别

§3-7 隧道实体模型的建立

§3-8 本章小结

第四章 开挖过程及结果分析

§4-1 竖向沉降

§4-2 竖向应力分析

§4-3 塑性区分析

§4-4 锚杆受力

§4-5 衬砌变形和受力

§4-6 本章小结

第五章 经济比较

§5-1 模型4中工程量及直接工程费增加额计算

§5-2 仰拱隧道中工程量及直接工程费增加额计算

§5-3 造价分析

§5-4 本章小结

第六章 结论与展望

§6-1 本文主要结论

§6-2 建议与展望

参考文献

致谢

附录A

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果