大断面隧道CD法施工围岩应力行为研究

摘要

随着我国的交通建设事业的迅猛发展，大断面隧道和地下工程逐渐增多大断面隧道施工技术也有了较大发展。与以往修建的隧道相比，大断面隧道的建设，在隧道的力学行为、隧道的断面形式、隧道衬砌结构、施工方法、初期支护结构模式、参数等方面出现的新的要求，虽然目前针对大断面隧道的计算也不少，但很多研究对参数取值、数值模拟多比较简化，缺少综合的、系统的研究，特别施工工法对隧道应力的影响的分析。 目前大断面隧道施工中，大多分几个断面分步开挖，受开挖顺序影响，造成隧道断面开挖完成后，围岩应力分布不均衡；本论文针对大断面隧道CD(Center Diaphragm)法施工中所面临的开挖后应力分布不均衡问题，利用大型有限元分析软件ANSYS，主要进行以下研究： 综合国内大断面隧道的断面形式，选取4种常见断面作为研究对象，从力学角度上提出大断面隧道断面设计的原则，指导断面选择设计； 大断面隧道CD法开挖后，隧道围岩在断面对称位置其稳定性好坏不同，研究总结出地质参数对稳定性影响规律； 大断面隧道在施工中，经常遇到同一断面不同地质参数的情况，结合CD法施工过程，通过对引入稳定系数K值的对比分析，研究总结了隧道在开挖过程及开挖后的不同位置围岩的应力变化规律。 针对大断面隧道CD法开挖后围岩稳定性不均衡的情况，通过设置锚杆加固区提高稳定性差的一侧的围岩参数，使得隧道稳定达到均衡，总结出加固区围岩参数与隧道稳定性之间的影响规律。

目录

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第1章绪论

1.1我国大断面隧道工程的发展现状及发展趋势

1.1.1公路隧道

1.1.2铁路隧道

1.1.3地下铁道与城市隧道

1.2大断面隧道的定义及国内外大断面隧道施工工艺：

1.2.1隧道断面划分

1.2.2大断面隧道施工方法

1.3大断面隧道建设存在的难点

1.4论文研究的主要问题和拟采用的研究方法

1.4.1大断面隧道在施工或设计中都要面对几个问题

1.4.2采用的研究方法

1.5论文研究的意义

1.6本章小结

第2章：隧道开挖后应力分析及支护形式

2.1隧道的三种应力状态及影响因素

2.1.1坑道开挖后的二次应力状态

2.1.2坑道围岩的三次应力状态

2.2大断面隧道的力学问题

2.2.1适合非正圆形断面的强度理论

2.2.2在有限元分析中的破坏准则

2.3支护结构的类型及构造

2.3.1隧道支护体系的分类

2.3.2支撑结构形式及作用机理

2.4本章小结

第3章大断面隧道断面形式研究

3.1隧道断面形式选取的的问题描述

3.2不同使用功能隧道断面约束条件

3.2.1公路隧道断面约束条件

3.2.2铁路隧道断面约束条件

3.2.3城市地铁隧道

3.3隧道断面选择研究

3.3.1断面参数选取(工况设置)

3.3.2地质参数选用

3.3.3计算分析过程

3.3.4结果数据分析

3.3.5数值计算结果分析结论

3.4本章小结

第4章：隧道CD法施工围岩的应力行为

4.1研究方法及内容

4.2大断面隧道断面参数选取

4.3数值模拟模型参数及工况设置

4.3.1施工过程模拟

4.3.2工况设置

4.4计算结果数据分析

4.4.1各工况第一主应力及第三主应力

4.4.2 CD法施工应力不平衡分析

4.5大断面隧道CD法施工应力分布规律总结

第5章： 同断面不同地质条件CD法施工应力行为

5.1本章的研究内容与方法

5.2 被研究断面参数及基本假定

5.3工况设置

5.4有限元计算结果分析

5.4.1应力分析结果

5.4.2 隧道CD法施工过程围岩稳定性研究

5.4.3隧道施工完成后应力分析

5.4本章小结

第6章锚杆支护对隧道围岩稳定性的影响

6.1本章研究的内容

6.2被研究的断面数及基本假定

6.3工况设置

6.4有限元计算结果分析

6.4.1应力计算结果

6.4.2锚杆加固区参数对围岩稳定系数的影响

第7章主要结论

7.1主要结论

7.2论文的不足

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研实践