立体交叉、并行小净距隧道的开挖扰动效应及控制技术研究

摘要

随着我国交通基础建设的不断发展，受地形、线路等限制较小的小净距立体交叉、并行隧道开始出现。但交叉、并行隧道因其地表沉降难控制以及开挖扰动效应明显等特点，因而受到国内外学者的重点关注。本文结合长沙市科技计划项目(K0902027-1)，对湘江隧道井字型交叉段地表沉降及相互扰动效应进行了研究，提出了交叉、并行小净距隧道施工的控制技术，并分析了爆破控制的工程实际效果，确保了隧道施工安全。主要内容如下:
　　 (1)详细地阐述了隧道施工的一般力学原理、近接施工的分类、影响度判别准则及影响分区，并根据湘江隧道井字交叉段实际工程情况，初步确定了此段的近接度。
　　 (2)运用数值模拟分析技术，对湘江隧道井字交叉段“先下后上”和“先上后下”两种开挖顺序进行了对比分析，结果表明:采用“先下后上”顺序施工，后行隧道的施工对先行隧道的扰动影响较小。为合理的上下开挖顺序提供了技术支持。
　　 (3)在施工顺序比选的基础上，进一步对匝道采用CRD法开挖的全过程进行了动态模拟，分析了匝道开挖过程中对下层主线、相邻匝道以及地表的动态扰动效应，得到了主线隧道横断面形状、交叉断面拱顶、拱底位移、拱腰水平收敛、初期支护结构拱顶、拱底最大主应力、地表沉降以及主线受影响范围随匝道开挖的动态变化过程，优化了隧道断面开挖的工序。
　　 (4)结合湘江隧道井字交叉段具体施工情况，提出了锚杆、管棚、注浆等施工控制技术在隧道工程中的加固支护作用、参数选取、施工工艺及施工注意事项。
　　 (5)详细地阐述了爆破控制的评价标准，对湘江隧道井字交叉段爆破振动进行了数值模拟，并结合现场实测爆破振动数据，对爆破控制效果进行了评价，确保了爆破开挖的高效率及结构的安全。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 立体交叉、并行隧道对地表扰动影响研究

1．2．2 立体交叉、并行隧道相互扰动影响研究

1．2．3 立体交叉、并行隧道开挖控制技术研究

1．3 现状研究中的不足

1．4 本文的主要研究内容

1．5 本文的研究路线

第二章 立体交叉、并行隧道施工的一般力学原理

2．1 概述

2．2 立体交叉、并行隧道施工扰动的相关力学原理

2．2．1 隧道开挖后的弹性应力状态

2．2．2 隧道开挖后的塑性应力状态

2．2．3 隧道支护后的三次应力状态

2．3 近接施工的分类

2．4 近接施工影响度的判别准则

2．5 近接施工的影响分区

2．6 本章小结

第三章 湘江隧道并字交叉段工程概况及数值计算模型概述

3．1 工程概况

3．1．1 营盘路湘江隧道工程简介

3．1．2 湘江隧道井字交叉段简介

3．1．3 工程地质条件

3．1．4 水文地质条件

3．1．5 围岩分级

3．1．6 设计概况

3．2 计算基本理论

3．2．1 有限元基本理论

3．2．2 本构模型的选择

3．3 数值计算模型概述

3．3．1 确定模型三维尺寸

3．3．2 选用单元类型

3．3．3 设置边界条件

3．3．4 模拟初期支护结构

3．3．5 选取计算参数

3．3．6 检验网格划分合理性

3．3．7 确定应力释放系数

3．4 本章小结

第四章 湘江隧道井字交叉段开挖扰动影响数值模拟

4．1 上下交叉开挖顺序比较

4．1．1 施工顺序及模拟过程

4．1．2 地表沉降结果及对比分析

4．1．3 拱顶及拱底位移结果及对比分析

4．1．4 围岩应力结果及对比分析

4．1．5 初期支护应力结果及对比分析

4．1．6 上下交叉开挖顺序选择

4．2 CRD法开挖匝道扰动效应动态模拟

4．2．1 施工工况及分析说明

4．2．2 匝道对主线位移场的开挖扰动效应

4．2．3 匝道对主线周边围岩应力场的开挖扰动效应

4．2．4 匝道对主线支护结构应力的开挖扰动效应

4．2．5 D匝道对C匝道位移场的开挖扰动效应

4．2．6 D匝道对C匝道周边围岩应力场的开挖扰动效应

4．2．7 D匝道对C匝道衬砌结构应力的开挖扰动效应

4．2．8 选取地表沉降线动态变化

4．3 本章小结

第五章 湘江隧道井字交叉段施工控制技术研究

5．1 概述

5．2 锚杆

5．2．1 锚杆的作用

5．2．2 锚杆的布置形式

5．2．3 锚杆的强度计算

5．2．4 锚杆在匝道中的实际应用

5．3 管棚

5．3．1 管棚的作用

5．3．2 管棚施工的控制参数

5．3．3 管棚在匝道中的实际应用

5．4 注浆

5．4．1 注浆的作用

5．4．2 注浆的设计计算

5．4．3 地表袖阀管注浆

5．4．4 超前小导管注浆

5．4．5 拱顶回填注浆

5．5 爆破控制

5．5．1 爆破振动强度评价标准

5．5．2 爆破振动现场实测

5．5．3 爆破振动数值模拟

5．5．4 爆破振动峰值振速实测值与模拟值对比分析

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

发表论文及科研情况