秦岭终南山公路隧道大埋深段施工监控量测与数值分析

摘要

随着我国交通建设的发展，特别是西部大开发战略的实施，公路隧道方案在山区和丘陵地区高速公路建设中日益引起重视，一些大埋深、大跨度的隧道相继出现。 为了探求大埋深条件下，隧道施工过程中围岩及支护衬砌结构的力学性态和安全性，以世界规模第一、长度第二的秦岭终南山公路隧道为依托，结合隧道的地质条件和工程条件，选择了东西线两个大埋深试验段，进行了施工监控量测和数值模拟分析。 首先，对隧道结构力学状态和稳定性进行了现场测试。量测内容包括围岩压力、围岩内部位移、初期支护净空收敛、型钢钢架应力、喷射混凝土应力、锚杆轴力、初期支护与二次衬砌间的接触压力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌净空收敛等；同时对量测布置与实施过程中碰到的几个问题进行了思考和探讨。 其次，应用有限元分析软件(MIDAS/GTS)对施工过程进行了数值模拟，分析了初期支护及二次衬砌变形和受力的特点。 最后，通过现场监测数据和有限元数值模拟计算结果进行分析对比，对隧道围岩的稳定性与支护衬砌结构的安全性进行了评定。 监测及计算结果表明，大埋深条件下，型钢钢架和喷射混凝土为主要受力结构，尤其是型钢钢架受力较大，作用显著；二次衬砌受力安全，工作状态良好，有足够的安全储备。

目录

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第一章 绪论

1.1前言

1.2发展概况

1.3本文研究主要内容

第二章 现场监控量测的布置与测试

2.1依托工程概况

2.1.1秦岭终南山公路隧道概况

2.1.2工程地质与水文地质条件

2.2监控量测的内容与手段

2.3监控量测的布置

2.3.1试验段的选定

2.3.2监测断面及量测探头的布置

2.3.3量测探头的埋设

2.3.4量测线头的保护

2.4数据的采集与整理

2.5量测中的几个问题

第三章 支护衬砌稳定性及其效果的判别标准

3.1初期支护围岩稳定性及支护效果的判别标准

3.1.1初期支护净空收敛的判别标准

3.1.2喷射混凝土可靠性的判别标准

3.1.3型钢钢架可靠性的判别标准

3.1.4锚杆可靠性的判别标准

3.2二次衬砌稳定性及衬砌效果的判别标准

3.2.1二次衬砌净空收敛的判别标准

3.2.2围岩压力的判别标准

3.2.3二次衬砌可靠性的判别标准

第四章 现场监控量测的结果与分析

4.1东线初期支护监控量测的结果与分析

4.1.1围岩压力

4.1.2喷射混凝土应力

4.1.3钢架应力

4.1.4锚杆轴力

4.1.5净空收敛

4.2西线初期支护监控量测的结果与分析

4.2.1围岩压力

4.2.2喷射混凝土应力

4.2.3钢架应力

4.2.4锚杆轴力

4.2.5净空收敛

4.2.6围岩内部位移

4.3二次衬砌监控量测的结果与分析

4.3.1初期支护与二次衬砌间的接触压力

4.3.2二次衬砌混凝土应力

4.3.3二次衬砌净空收敛

4.4两个试验段监控量测的结果汇总分析

4.4.1初期支护监控量测的结果汇总分析

4.4.2二次衬砌监控量测的结果汇总分析

4.5小结

第五章 数值模拟与分析

5.1隧道工程有限元法数值模拟理论

5.1.1计算范围的确定

5.1.2边界条件和初始地应力场

5.1.3本文有限元模拟采用的本构模型

5.1.4隧道施工过程的模拟

5.2大埋深段施工过程的数值模拟

5.2.1计算模型及参数

5.2.2计算结果与分析

5.2.3小结

第六章 结论与建议

6.1主要结论

6.2对进一步研究的建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢