浅埋隧道管棚预加固理论及多种预加固后的上限研究

摘要

本文主要就管棚预支护及多种预加固下浅埋隧道开挖面稳定性展开分析。利用二维对数螺旋破坏机构、采用极限分析上限定理，选取安全系数Fs作为隧道开挖稳定性的评价指标。利用Fortran编程，求得围岩土体在预加固后，不同工况下的安全系数Fs的上限解。以深圳地铁一期工程6标段为工程背景，对多种预加固后隧道开挖面的稳定性进行分析;利用有限差分法对隧道管棚支护下隧道开挖进行数值模拟，得到有利于隧道稳定的开挖方法及参数，为隧道施工方法的优化提供了参考。本文的主要工作有:
　　(1)基于Winkler弹性地基梁理论，对管棚钢管进行了力学分析，同时，利用Fortran编程计算，进行管棚管径、管长的优化设计。
　　(2)建立浅埋隧道开挖面的二维对数螺旋破坏机构。基于强度折减法、围岩土体的非线性破坏准则及切线法，利用极限上限法推导隧道开挖面安全系数Fs具体表达式。
　　(3)利用Fortran编程计算安全系数Fs的上限解，对不同工况下得到的安全系数上限解Fs进行分析，对隧道开挖面稳定性进行研究。
　　(4)在多种预加固措施下，对隧道开挖面稳定性进行研究。同时，对深圳地铁一期工程6标段进行隧道开挖面稳定性评价。
　　(5)利用有限差分法，对开挖步距、台阶长度，核心土长度对隧道开挖面稳定性影响展开分析，为隧道施工方法的优化提供了参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 管棚预支护的研究现状

1．2．2 隧道开挖面稳定性研究现状

1．3 本文研究的主要内容

2 浅埋隧道围岩管棚预加固理论及应用

2．1 管棚预支护加固简述

2．1．1 管棚预支护的分类

2．1．2 钢管布置及其间距

2．1．3 钢管设计

2．1．4 钢管施工

2．2 浅埋隧道施工管棚力学分析

2．2．1 围岩压力的确定

2．2．2 管棚Winkler弹性地基梁力学模型

2．2．3 管径管长优化设计

2．2．4 工程应用

2．3 本章小结

3 管棚预支护下浅埋隧道开挖面稳定性的极限分析

3．1 极限上限分析

3．1．1 基本假设

3．1．2 基本概念

3．2 管棚预支护下浅埋隧道安全系数上限分析

3．2．1 强度折减法

3．2．2 非线性破坏准则和切线法的基本原理

3．2．3 二维对数螺旋线模型的建立

3．2．4 模型Ⅰ上限分析

3．2．5 模型Ⅱ上限分析

3．2．6 非线性破坏准则下隧道开挖面安全系数上限分析

3．2．7 安全系数上限解分析

3．3 本章小结

4 多种预加固措施下浅埋隧道开挖面稳定性的上限分析

4．1 多种加固措施下浅埋隧道开挖面的上限分析

4．1．1 围岩预加固后的上限分析

4．2 工程应用

4．2．1 围岩预加固参数

4．2．2 多种预加固后围岩稳定性分析

4．3 本章小结

5 隧道施工工艺的数值模拟

5．1 Flac3D数值计算模型的建立

5．1．1 计算参数

5．1．2 计算模型

5．1．3 计算工况

5．2 数值模拟结果分析

5．2．1 开挖步距对开挖面稳定性的影响

5．2．2 台阶长度对开挖面稳定性的影响

5．2．3 核心土长度对开挖面稳定性的影响

5．3 工程应用

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 主要创新点

6．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果目录

致谢