管道穿越小断面隧道的围岩应力及支护研究

摘要

我国的“西气东输”工程是把西部的天然气资源优势变成西部经济优势的重大项目，也是可以促进沿线几个省、市能源结构调整和经济效益提高的重要举措。“西气东输”项目主要依靠油气管道来实现，油气管道距离长，途中需穿越山岭、河流，所以必须修建跨山岭和江河的油气管道隧道。一般这种隧道断面形式较小，其支护的受力及变形特性不同于一般隧道，因此这种小断面隧道的尺寸优选及支护形式的研究已经成为隧道工程领域的一项重要课题。 本文以石门洞隧道为研究对象，采用荷载结构法、有限元数值分析法等研究手段，对隧道施工过程中结构内力、围岩变形及支护受力规律等进行研究。论文主要研究内容及结论如下： （1）对荷载结构法及有限元法计算隧道的基本理论进行研究，为具体计算分析隧道奠定了理论基础。 （2）针对石门洞隧道采用荷载结构法中的普氏法及经验法分别计算隧道支护的变形、内力，并将这两种方法得到的计算结果进行比较。 （3）采用有限元法计算隧道支护内力及变形，具体阐述了有限元建模的理论基础、基本建模参数、建模过程、加载计算及结果分析，并将得出的结果与荷载结构法的结果进行对比。 （4）基于有限元理论，模拟计算不同支护参数下（锚杆数量、锚杆直径、锚杆长度、衬砌厚度及混凝土标号）隧道支护的内力及变形规律，得出结论：锚杆参数的变化对隧道支护内力的变化影响较大，而衬砌参数的变化则对结构内力及变形都有影响；通过加大锚杆数量、增大锚杆直径、增加锚杆长度可以抑制隧道支护内力的增加，通过增加衬砌厚度、提高混凝土标号可以控制结构的变形量。 通过本文的研究，初步得到关于隧道支护内力及变形的基本规律，并得出各支护参数对隧道的影响规律，为实际隧道支护的参数选择提供了一些理论参考。

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