隧道预留核心土环形开挖法合理应用研究

摘要

在山岭隧道建设中,软弱地层中易产生围岩失稳问题,选用合理的施工方法尤为重要。预留核心土环形开挖法具有施工较快、掌子面较稳定的优点,已应用于众多隧道,但对其合理应用的研究比较欠缺。
　　 本文针对Ⅴ级和Ⅵ级围岩,采用ANSYS软件建立数值模型,计算隧道埋深20m的工况,分析核心土长度改变对围岩稳定影响,得出合理核心土长度;分析了工法在不同埋深下应用时的围岩稳定性,得出工法适用的埋深范围;改变地表坡度,研究隧道稳定性变化规律。结论如下:
　　 (1)在埋深20m的Ⅴ级围岩段,合理核心土长度为2.5-3.0m。该条件下,随着核心土长度的增加,环形掌子面塑性区范围减小,并在核心土长度大于3.5m后趋于稳定;掌子面最大纵向位移基本不变,而环形掌子面各处纵向位移略有增大;拱顶沉降变化较小.在埋深20m的Ⅵ级围岩段,合理核心土长度为2.5-3.5m.该条件下,随着核心土长度的增加,掌子面塑性区范围减小;掌子面最大纵向变形先减小后增大;拱顶沉降量不断减小,在核心土长度大于3.5m后趋于稳定.
　　 (2)工法适用于埋深不大于40m的Ⅴ级围岩段。Ⅴ级围岩下,随着埋深的增加,掌子面塑性区范围逐渐增大,并在埋深达到80m时塑性区贯通;掌子面纵向位移增大,且在80-160m范围内增长较快;拱顶沉降不断增大,且最大沉降值加速增加。工法适用于埋深不大于20m的Ⅵ级围岩段。Ⅵ级围岩下,随着埋深的增加,掌子面塑性区范围逐渐增大,并在埋深达到40m时塑性区贯通;掌子面纵向位移逐渐增大,且在80-160m范围内增长较快;拱顶沉降不断增大,且埋深大于20m时拱顶沉降增长较快。
　　 (3)Ⅴ级围岩下,地表坡度的变化对掌子面纵向变形影响较大,而对拱顶沉降影响较小,地表坡度为20°-40°时,掌子面稳定性差。Ⅵ级围岩下,地表坡度的变化对掌子面纵向变形影响很大,对拱顶沉降也有较大影响,地表坡度为20°-30°时,掌子面稳定性差。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 预留核心土环形开挖法及其研究现状

1.3 本文研究目标与方法

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究方法

2 数值分析法及参数选取

2.1 数值分析法

2.1.1 常用类型

2.1.2 ANSYS软件

2.2 参数选取

2.2.1 隧道断面

2.2.2 围岩

2.2.3 超前支护

2.2.4 村砌

3 合理核心土长度

3.1 有限元模型与计算步骤

3.1.1 有限元模型

3.1.2 计算步骤

3.2 数值模拟结果分析

3.2.1 Ⅴ级围岩

3.2.2 Ⅵ级围岩

3.3 本章小结

4 埋深对工法的影响

4.1 有限元模型与计算步骤

4.1.1 有限元模型

4.1.2 计算步骤

4.2 数值模拟结果分析

4.2.1 Ⅴ级围岩

4.2.2 Ⅵ级围岩

4.3 本章小结

5 地表坡度对工法的影响

5.1 有限元模型与计算步骤

5.1.1 有限元模型

5.1.2 计算步骤

5.2 数值模拟结果分析

5.2.1 Ⅴ级围岩

5.2.2 Ⅵ级围岩

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历及在学期同所取得的科研成果