基于解析法的深埋铁路隧道二次衬砌支护时机研究

摘要

铁路隧道开挖深度的不断增加、地压大、地质条件复杂、缺乏正确的理论指导、设计与施工工艺存在较大的盲目性，造成隧道衬砌坍塌现象常常发生，已成为隧道建设中亟待解决的重大技术难题。国内外对隧道衬砌坍塌破坏的研究多集中在支护结构受力机理、稳定性问题以及支护结构破坏后的重新修复方面，针对隧道二次衬砌受力机理及稳定性的研究成果存在较大的局限性，并且基于解析法的二次衬砌支护最佳时机问题则少有研究。
　　针对城际铁路隧道二次衬砌的合理支护时机进行分析，以青岛“蓝色硅谷”城际铁路崂山隧道工程为依托，通过现场监控量测数据，以及大型有限差分软件FLAC3D对隧道开挖支护进行模拟分析，并最终将现场实测结果以及模拟分析结果相结合，具体分析隧道二次衬砌的合理支护时机。本文对城际铁路隧道二次衬砌的施作时机主要进行了以下研究：
　　（1）通过理论分析，详细分析深埋隧道二次衬砌受荷类型，分析在不同荷载作用下，二衬结构的受荷特征；分析二衬结构在荷载作用下的破坏特征，特别是二衬裂缝的演化过程及分布规律，根据不同类型、不同部位的裂缝演化特征，分别从设计、施工、材料等方面影响隧道深埋隧道变形及破坏的影响因素。
　　（2）分析了对衬砌施工产生作用的因素，详细介绍了确定二次衬砌支护时机的机理和方法步骤，并从支护抗力、变形速率、位移变化三个方面分析了衬砌合理支护时机的原理；考虑各种因素的影响，建立符合工程实际情况最佳支护时机的解析公式，在围岩参数已知的情况下，可以计算出隧道洞壁周边变形量，并与实际工程中的监测到的围岩变形量数据进行对比分析，确定了二次衬砌支护的时机，从理论上解决了深埋隧道二次衬砌的支护时机问题。
　　（3）通过有限元 FLAC3D分析软件，模拟了崂山隧道的支护，在模拟过程中，分析了在不同应力释放率下隧道衬砌的受力情况及隧道围岩的变形情况，得到了崂山隧道二次衬砌的最佳支护时机，利用监控量测技术，研究了隧道开挖过程中，隧道周边收敛和拱顶沉降，并与FLAC3D数据进行比较，推算出了二次衬砌的合理施作时机，验证了解析公式的正确性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的问题

1.4 研究内容

1.5 研究方法与技术路线

2 深埋隧道二次衬砌支护作用机理研究

2.1 隧道二衬支护作用机理

2.2 深埋隧道二衬结构受荷分析

2.3 隧道二衬破坏的影响因素

2.4 二次衬砌结构破坏特征

2.5 本章小结

3 深埋隧道二次衬砌最佳支护时机研究

3.1 隧道二衬支护时机的影响因素

3.2 隧道衬砌支护时机理论研究

3.3 变形回归分析与全位移计算

3.4 基于支护抗力的最佳支护时机分析

3.5 基于极限位移的最佳支护时机分析

3.6 基于变形速率的最佳支护时机分析

3.7 基于解析法的最佳支护时机研究

3.8 本章小结

4 崂山隧道二衬支护及变形监测

4.1 工程概况

4.2 支护方案

4.3 二次衬砌施工控制

4.4 变形监测

4.5 本章小结

5.1 FLAC3D软件

5.2 崂山隧道数值模型建立

5.3 二衬最佳施作时机模拟分析

5.4 理论结果、监测结果与模拟结果对比

5.5 本章小结

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果

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