渐变偏压连拱隧道施工过程的围岩变形特征研究

摘要

近些年，连拱隧道由于其线形流畅，占地面积少，空间利用率高，避免了洞口路基或大桥分幅，与洞外线路连接方便等方面的优势，越来越多被应用于特殊地质地形区，为国家的工程建设带来了良好的经济技术效果，但也由于连拱隧道建设环境相对较差，自身结构形式比较特殊，导致其受力状态十分复杂，施工技术上仍存在盲区。广中江高速公路大牛山隧道是双向六车道连拱隧道，设计全长341m，最大埋深超过45m，最小埋深不足5m，最大跨度超过16m，属超大跨度，隧道进出口段均为浅埋偏压，且隧道地表埋深沿隧道走向呈明显的渐进变化趋势，施工中涉及四种不同的开挖方法，这些都对工程的施工提出了很高的要求。为了深入探究不同施工方法下，渐变偏压连拱隧道围岩的变形特征，本文以大牛山隧道为工程背景，对其施工全过程进行变形监测，同时选取设计变更段分别以两种不同开挖方式开展施工过程的三维有限元数值分析。
　　本研究主要内容包括：⑴洞内竖向变形和横向变形空间分布受渐变偏压、围岩性质及支护强度等联合影响作用。支护强度对中导洞洞内竖向变形影响最大，支护强度越强，变形越小，洞内横向变形受外界扰动变化敏感；主洞进出口浅埋偏压段洞内竖向变形随埋深增大而增大，偏压对洞内横向变形值的大小有放大效果；主洞中段上下台阶法施工先行洞洞内变形受双洞叠加效应作用较后行洞明显。⑵中导洞地层位移同其地表埋深变化呈现正相关性；主洞地层位移同其地表埋深变化呈现负相关性。⑶K3+043断面压力测试结果表明：地表埋深是影响接触压力大小的一个重要因素。⑷三维有限元数值分析得出：单侧壁导坑法施工各开挖段对围岩影响大小表现为：侧导洞＞主洞上台阶＞主洞下台阶；上下台阶法施工各开挖段对围岩影响大小表现为：右洞上台阶＞右洞下台阶。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容及路线

第2章 工程概况及变形测试方案

2.1 工程概况

2.2 变形测试方案

2.3 本章小结

第3章 大牛山隧道施工动态变形测试分析

3.1 新奥法变形测试的理论基础

3.2 全断面法开挖段围岩变形研究

3.3 单侧壁导坑法开挖段围岩变形研究

3.4 上下台阶法开挖段围岩变形研究

3.5 本章小结

第4章 大牛山隧道施工过程数值分析及对比

4.1 隧道施工过程数值分析的基本理论与方法

4.2 确立模型及参数

4.3 单侧壁导坑法开挖过程动态变形模拟

4.4 上下台阶法开挖过程动态变形模拟

4.5 对比分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 建议与展望

参考文献

致谢

附录A 在学期间发表的学术论文及研究成果