水平层状岩条件下喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道设计与施工技术研究

摘要

连拱隧道是随我国公路建设的迅速发展而提出的大跨度隧道型式，其线形流畅，占地面积少，空间利用率高，避免了洞口路基或大桥分幅，与洞外线路连接方便，有利于公路整体线型规划和优化;同时在适应地形条件、环境保护以及工程数量上都具有优越性。连拱隧道所具有的优势虽其他类型隧道不可比拟，但是工期长、造价高以及质量控制难度大等缺点，制约其发展。如何解决复杂城市环境下特大异形连拱隧道的设计和施工的难题，是国内外，特别是我国城市化进程中面临的紧迫课题。本文以层状围岩条件下，重庆某新型喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道结构为研究对象，开展了相应的理论推导和数值模拟分析，主要研究工作如下:
　　1、根据现行规范中的隧道荷载计算公式，结合水平层状岩的受力特点和破坏形式，推导得出水平层状岩条件下的连拱隧道荷载计算公式，并以此公式对依托工程连拱隧道进行荷载计算。对水平层状岩及连续介质条件下不同埋深连拱隧道荷载进行了对比分析。
　　2、采用概率理论为基础的极限状态设计法，结合型钢混凝土柱的受力特征，考虑连拱隧道中墙的结构特点，明确了连拱隧道中墙型钢混凝土构件轴心受压和偏心受压情况的设计方法。以此公式对依托工程施工过程中和施工完成后型钢混凝土中墙进行计算，并对型钢布设作出优化分析。
　　3、针对层状围岩条件下喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道结构进行数值模拟，分析其结构受力特点和关键控制部位。并对该结构采用中墙结构优化、中墙顶部围岩加固技术、临时支撑顶部加固技术、后行洞中墙预留岩柱等工程措施优化手段，分析其优化效果。
　　4、针对喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道提出多种施工工法工序进行具体对比分析，提出安全快捷的施工工法和合理施工工序。并针对采用的施工工法工序，找出施工中关键步序。
　　5、结合施工关键工序对喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道型式进行模拟分析，确定出关键工序发生掉块及整体破坏时的极限位移值，建立施工安全控制基准，从而指导施工。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 工程背景

1．1．1 工程建设背景

1．1．2 依托工程概况

1．2 国内外研究现状

1．3 工程特点难点分析

1．4 本文主要研究内容

第2章 水平层状岩连拱隧道破坏模式及荷载计算方法

2．1 水平层状岩隧道破坏模式及c、φ计算公式

2．1．1 水平层状岩隧道破坏模式研究

2．1．2 层状岩隧道稳定性影响因素分析

2．1．3 水平层状岩条件下c、φ表达式

2．2 水平层状岩单洞隧道荷载计算方法

2．2．1 深埋水平层状岩单洞隧道荷载计算方法

2．2．2 浅埋水平层状岩单洞隧道荷载计算方法

2．3 水平层状岩连拱隧道荷载计算方法

2．3．1 深埋水平层状岩连拱隧道施工完成后荷载计算方法

2．3．2 深埋水平层状岩连拱隧道施工过程中先行洞荷载计算方法

2．3．4 浅埋水平层状岩连拱隧道施工过程中先行洞荷载计算方法

2．4 水平层状岩连拱隧道荷载计算及分析

2．4．1 依托工程水平层状岩荷载计算实例

2．4．2 水平层状岩连拱隧道荷载分析

2．5 本章小结

第3章 基于刚度等效法的连拱隧道型钢混凝土中隔墙设计方法

3．1 型钢混凝土概述

3．2 型钢混凝土中隔墙设计方法

3．2．1 设计原则

3．2．2 施工完成后连拱隧道型钢混凝土中墙设计方法

3．2．3 施工过程中连拱隧道型钢中墙设计方法

3．3 重庆沙坪坝站西站东路连拱隧道中隔墙型钢混凝土计算

3．3．1 施工过程中中隔墙计算

3．3．2 施工完成后中隔墙计算

3．3．3 连拱隧道中隔墙型钢优化分析

3．4 重庆沙坪坝站西站东路连拱隧道中隔墙数值模拟

3．4．1 施工过程中模拟结果

3．4．2 施工完成后模拟结果

3．5 本章小结

第4章 喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道工程措施优化研究

4．1 喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道结构特点分析

4．1．1 计算模型设置

4．1．2 计算结果

4．1．3 结构特点及关键控制部位分析

4．2 喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道工程措施优化分析

4．2．1 中墙结构优化分析

4．2．2 中墙顶部围岩加固技术分析

4．2．3 临时支撑顶部加固技术分析

4．2．4 后行洞中墙预留岩柱分析

4．3 本章小结

第5章 喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道施工工法工序研究

5．1 施工工法比选

5．1．1 数值计算结果

5．1．2 工法比选

5．2 施工工序优化

5．2．1 数值计算结果

5．2．2 工序比选

5．3 关键工序分析

5．3．1 围岩变形规律

5．3．2 地表沉降规律

5．4 本章小结

第6章 喷筑型钢混凝土中墙连拱隧道施工安全控制基准研究

6．1 局部破坏安全控制基准分析

6．1．1 数值模型设置

6．1．2 计算结果

6．1．3 局部破坏安全控制基准

6．2 整体破坏安全控制基准分析

6．2．1 数值模型设置

6．2．2 计算结果

6．2．3 整体破坏安全控制基准

6．3 施工安全控制基准

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 建议与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目