某黄土隧道预留变形空间计算研究

摘要

黄土隧道施工时会遇到确定预留变形空间的难题，鉴于黄土隧道围岩变形的特殊性，超挖时尚可用混凝土填充，一旦欠挖就会发生初衬支护侵入二衬断面，导致二衬的厚度不足，需要对侵限部位进行凿除，甚至返工，因此预测黄土隧道预留变形空间成为黄土地区秘道建设中的一个重要课题。本文以某黄土隧道工程为背景，通过数值模拟、现场监测对某黄土隧道围岩变形量进行统计分析，结合理论依据对某黄土隧道预留变形空间确定出合理可行的建议值，对黄土地区黄土公路隧道、黄土铁路隧道、黄土地铁隧道建设具有一定参考价值，为实际施工服务。
　　（1）针对黄土隧道预留变形空间预测的理论依据进行综合论述，开挖前后围岩位移场产生一定量的改变，应该选择地质条件最不利的隧道受力断面进行研究，黄土隧道衬砌外预留变形空间应不小于黄土隧道围岩变形量最大值，保证在不利的条件下黄土隧道仍有足够的预留变形量值。
　　（2）针对影响黄土隧道预留变形空间的主要因素进行归类整理，结合实际工程背景设置各主要影响因素变量的变化范围，以每一个主要影响因素为单一变量对比影响变形的规律，应用ABAQUS软件仿真模拟计算出二维模型不同影响因素下的围岩监测点变形量值，统计分析各自变形量的变化规律，初步预测黄土隧道预留变形空间。
　　（3）针对初期支护、复杂地质条件、局部浸水湿陷对黄土隧道围岩变形量影响很大，以勘察报吿、公路隧道、铁路隧道设计规范为设置变量依据，采用喷锚支护，对型钢钢架和钢筋网的支护作用换算到喷射混凝土里，调用修正Cambridg- Clay弹塑性本构模型，对黄土隧道所监测断面桩号的三维模型围岩变形量进行仿真模拟计算，分类统计对比分析围岩变形量变化规律，对黄土隧道预留变形空间的取值进行深入分析。
　　（4）针对某黄土隧道围岩变形不利地段进行现场监测，将计算结果与现场监测结果综合分析，解读产生差异的原因，通过监测结果评价计算结果的合理性和可靠度，以有效结果为依据预测出某黄土隧道预留变形空间建议值。

目录

1 绪论

1.1 选题依据及意义

1.2 研究现状综述

1.3 存在的主要问题

1.4 本文主要研究内容

1.5 研究思路

2 工程概况、地质条件及计算模型

2.1 工程概况

2.2 地质条件

2.3 本构模型

2.4 作用在黄土隧道上的荷载

2.5 黄土隧道预留变形空间与围岩变形量的关系

3 某黄土隧道二维有限元计算分析

3.1 无初期支护黄土隧道围岩变形量分析

3.2 锚固支护黄土隧道围岩变形量分析

3.3 初衬支护黄土隧道围岩变形量分析

3.4 喷锚支护黄土隧道围岩变形量分析

3.5 喷锚支护不同位置处黄土隧道围岩变形量分析

3.6 喷锚支护不同宽度黄土隧道围岩变形量分析

3.7 本章小结

4 某黄土隧道三维有限元计算分析

4.1 三维计算环境的实现

4.2 三台阶七步法模拟某黄土隧道开挖过程围岩变形量

4.3 锚杆长度对黄土隧道围岩变形量影响

4.4 锚杆直径对黄土隧道围岩变形量影响

4.5 锚杆间距对黄土隧道围岩变形量影响

4.6 初喷混凝土厚度对黄土隧道围岩变形量影响

4.7 初喷混凝土强度对黄土隧道围岩变形量影响

4.8 围岩级别对黄土隧道围岩变形量影响

4.9 局部湿陷性黄土隧道浸水后预留变形量预测

4.10 本章小结

5 结合现场监测数据预测某黄土隧道预留变形空间

5.1 监测方案

5.2 现场监测结果统计分析

5.3 计算结果与现场监测结果对比分析

5.4 综合分析预测某黄土隧道预留变形空间

5.5 本章小结

6 结论与建议

6.1 本文的主要结论

6.2 对施工作业的建议

致谢

参考文献