隧道单层衬砌力学机理现场测试研究

摘要

铁路隧道为永久性建筑物，为保证隧道适应长期运营的需要，隧道应做衬砌，而且，在衬砌的形式选择中应考虑其经济性与合理性。 单层衬砌是上世纪70年代发展起来的一种新型隧道支护体系，与复合式衬砌比较，最显著的特点就是在支护层间取消了防水板，层间可以充分传递剪力，其力学动态是一体的。目前，采用单层衬砌做隧道永久支护的国家很多，如挪威、德国、芬兰、法国、南非、巴西、日本、中国等国，可以看出，单层衬砌在国内外已经有了广泛的应用，但在结构受力机理、防水性能、衬砌表面平整度等方面尚需进一步研究。 本论文以山岭隧道单层衬砌施工过程中所进行的现场量测工作为基础，从量测理论、量测规划、量测信息处理及其反馈等几个方面进行研究。根据现场所获取的各种量测信息，重点是对净空收敛位移信息、接触压力信息、混凝土应变信息进行统计分析，依照各种经验方法和极限应变准则，并结合有限元计算进行综合反馈，把握山岭隧道单层衬砌采用全断面的新奥法施工时围岩一支护体系的变形和受力变化规律，确定合理的支护参数和支护时机，研究了围岩．支护体系的稳定性，在确保施工安全的基础上追求工程的经济性。 研究表明：在同等程度荷载条件下，单层衬砌比复合式衬砌产生的内力要小，所以可适当减薄衬砌厚度，同时也减少了开挖量和衬砌圬工量，节约投资；取消了防水板，取而代之的是耐水性很好的防水混凝土喷层，施工操作方便，可保证防水质量，有利于缩短工期。所以对单层衬砌的深入研究不仅有很高的理论价值，而且在工程实践中也可创造巨大的经济效益。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1隧道单层衬砌结构概述

1.1.1复合式衬砌存在的问题

1.1.2单层衬砌的概念

1.1.3结构形式研究现状

1.1.4国内外应用现状

1.2合武铁路大别山隧道二号斜井工程概况

1.2.1工程地质及初步设计衬砌支护参数

1.2.2单层衬砌支护参数

1.2.3单层衬砌设计中新材料介绍

1.3本文的研究方法和内容

1.3.1研究方法

1.3.2研究内容

第2章量测理论

2.1量测项目及其分类

2.1.1必测项目

2.1.2选测项目

2.2常用传感器及其工作原理

2.2.1常用传感器

2.2.2钢弦式传感器的基本原理

2.2.3其它类型传感器的基本原理

2.2.4量测仪器和传感器的选用

2.3各量测项目所采用的主要量测仪器

2.3.1拱顶下沉量测

2.3.2净空收敛量测

2.3.3接触压力量测

2.3.4模筑混凝土应变量测

2.3.5锚杆轴力量测

2.3.6测频仪

2.4量测数据分析理论

2.4.1回归分析

2.4.2极限应变

2.4.3有限元分析

第3章现场量测规划

3.1信息化施工中的现场量测

3.2量测目的

3.3量测项目及其仪器选用

3.4量测部位的确定和测点的布置

3.4.1测试断面的确定

3.4.2典型断面测点布置

3.5测试频率

3.6量测管理

第4章信息处理

4.1现场量测信息分析及反馈

4.1.1现场测试情况

4.1.2内空收敛

4.1.3围岩压力

4.1.4衬砌内力

4.2二维有限元模型计算分析

4.2.1有限元计算模拟断面

4.2.2计算模式及说明

4.2.3计算参数

4.2.4计算准则

4.2.5隧道施工的模拟

4.2.6计算结果分析

第5章结论

5.1基本结论

5.2进一步研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果