联拱隧道结构稳定性分析及施工监控监测技术研究

摘要

本文依托殷家岩隧道工程,结合当前国内外对联拱隧道的研究特点以及双联拱隧道施工方法的现状,应用有限元软件ANSYS对联拱隧道分步施工开挖过程进行了平面弹塑性分析及空间有限元分析,并结合隧道信息化施工监控量测技术和研究手段,对双联拱隧道在整个施工中的力学行为进行了探讨.文章首先建立了殷家岩隧道的平面弹塑性模型,模拟计算中首先简单介绍了当前岩土工程上较常采用几种屈服准则,并利用等效Mohr-Coulomb屈服准则,通过变换,确定了模拟计算中的所采用的力学参数c、ψ.在弹塑性平面模拟分析中,论文分析了不同工序下围岩体的应力场、位移场及衬砌支护结构受力变化情况,并通过主洞开挖时对应导洞位置回填与不回填两种工况下的,中隔墙受力的对比,阐明了施工因素对中隔墙受力的影响.在工程实际中,联拱隧道的开挖实际上为一空间问题.因此,文章在第四章对隧道的开挖过程进行了三维模拟,通过空间模型的建立,实现了施工工序在空间上的安排,模拟分析联拱隧道开挖时的空间效应、左右洞的相互影响,特别是对联拱隧道的核心结构物—中隔墙的变形和稳定性进行了进一步的探讨,分析中得到了不同施工工序下中墙纵向方向上应力分布云图.文章以殷家岩隧道施工过程中的量测设计及实施为基础,从量测原理,量测设计和量测信息等方面进行研究.同时,论文由实际施工监控现场所获得的数据,依照已有经验,以及有限元稳定分析结果进行了反馈,得到了隧道在全断面开挖时围岩的变形和受力规律.文章通过对K3+696断面中隔墙压力盒数据的综合分析,确认了不同施工阶段围岩和隧道结构的稳定性,并确定了衬砌结构物较为合理的支护时机.最后,文章总结了有限元计算和各种经验方法在隧道信息化施工建设中的可行性及意义.结合殷家岩联拱隧道工程与有限元模拟分析数据分析结果,作者指出了论文分析中存在的几个问题,并就隧道监控监测技术的改进提出了自己的意见.本论文的研究成果为殷家岩隧道工程的现场施工建设提供了有效指导.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1隧道信息化施工概述

1.2联拱隧道施工技术特点及国内外研究现状

1.3双联拱隧道函待解决的技术性难题

1.3.1由于隧道施工前围岩预测问题

1.3.2关于隧道设计、施工配合的问题

1.4殷家岩道设计背景及概况

1.4.1工程概况

1.4.2工程地质条件

1.4.3水文

1.4.4围岩分类

1.4.5隧道设计概况

1.5本文研究的主要内容和方法

第2章隧道施工过程数值模拟方法及ANSYS实现

2.1隧道施工过程数值模拟方法的研究现状

2.1.1隧道结构计算的数值方法

2.1.2实现卸载过程的具体方法

2.1.3有限元分析中的基本问题

2.2隧道施工过程数值模拟方法基本原理

2.2.1联拱隧道施工过程模拟的ANSYS实现

2.2.2施工过程的模拟

2.2.3初始地应力的模拟

2.2.4开挖与支护过程的模拟

2.2.5连续施工的模拟

本章小结

第3章殷家岩隧道弹塑性模型的建立及其有限元分析

3.1隧道围岩弹塑性模型的建立

3.1.1岩体屈服准则

3.1.2等效Mohr-Coulomb屈服准则在Ansys5.7上的实现

3.2计算模型与计算参数

3.2.1围岩力学参数

3.3计算结果及施工过程的力学分析

3.3.1围岩位移场分析

3.3.2围岩应力场分析

3.3.3围岩塑性区分析

3.3.4支护结构力学行为分析

3.3.5施工因素对中隔墙的影响

本章小结

第4章联拱隧道开挖方案空间有限元分析

4.1空间模型的建立

4.2联拱隧道施工过程开挖过程的空间效应分析

4.2.1不同施工阶段围岩沉降变化

4.2.2左右洞施工的相互影响

4.2.3中隔墙变形及稳定性分析

本章小结

第5章现场监控量测及数据处理

5.1监控监测的必要性和意义

5.2现场量测在信息化施工中的作用

5.3殷家岩隧道监控量测内容及测点布设

5.3.1洞内观察

5.3.2中隔墙内力量测

5.3.3围岩内位移量测

5.3.4锚杆轴力测量

5.3.5地表沉降量测

5.4现场监控量测频率及数据采集

5.4.1中隔墙压力盒应力分析

5.4.2洞周收敛分析

5.4.3洞口地表下沉量观测

本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文