大断面公路隧道设计施工力学行为研究

摘要

随着我国高等级公路的发展，大断面公路隧道将成为高等级公路的重要组成部分。这是隧道支护结构的变化、施工机械及施工管理技术的迅速发展所产生的结果。大断面隧道因具有线型好、坡度小、线路短、通行顺畅等优点而受到人们的广泛称赞。但现实中，大断面隧道由于开挖面积大从而引起隧道围岩扰动大、围岩稳定性下降，使得大断面隧道无论在设计还是施工中都面临许多难题。
　　 现在的山岭隧道主要采用新奥法进行施工。新奥法是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监控量测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法，它的目的是在围岩中形成一个封闭岩石支撑环。而目前的隧道设计主要的计算方法是利用有限元软件进行数值模拟。有限元法是随着电子计算机的广泛应用而产生的一种计算方法，它是近似求解一般连续体问题的数值方法。
　　 论文在查阅相关文献资料的基础上，结合典型示范工程，阐述了大断面隧道的特点、新奥法施工原理、隧道力学计算的原理与方法、有限单元法的特点及其在隧道工程计算中的作用，并基于有限元软件ANSYS对隧道进行了施工力学模拟。通过对隧道进行全断面法开挖数值模拟和CRD法开挖数值模拟，对比这两种开挖方法对围岩的扰动以及对隧道衬砌力学行为的影响，比较出这两种方法的优劣；通过对超前注浆隧道全断面开挖和不注浆隧道全断面开挖的模拟，比较得出超前注浆对隧道稳定性所产生的重要作用；通过对隧道全断面开挖使用两种不同的计算方法，即围岩--结构模型和荷载--结构模型，对这两种不同的方法得到的不同结果进行比较得出这两种计算方法的合理性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的研究意义、国内外现状分析

1.1.1 课题的研究意义

1.1.2 国内外现状分析

1.1.3 扁平、大断面隧道的力学问题

1.1.4 大断面隧道的施工方法

1.2 课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题

1.2.1 研究目标

1.2.2 研究内容

1.2.3 拟解决的关键问题

1.3 拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性研究

1.3.1 课题拟采取的研究方法

1.3.2 课题的技术路线

1.3.3 课题的创新性

第二章 新奥法的设计原理

2.1 概述

2.2 新奥法设计原理

2.2.1 支护结构与围岩的相互作用原理

2.2.2 支护结构与围岩的相互作用计算法

2.2.3 新奥法支护原理与应用

2.3 新奥法在软弱破碎围岩隧道施工中的应用

2.3.1 小导管超前支护技术

2.3.2 管棚超前支护技术[25]

2.3.3 长大管棚支护技术

2.4 新奥法的认识

2.5 本章小结

第三章 隧道结构有限元原理

3.1 地下结构的力学模型[27]

3.1.1 结构力学的计算模型

3.1.2 连续介质力学模型

3.2 地下结构力学分析方法

3.2.1 解析法

3.2.2 数值法[47]

3.3 有限元方法及ANSYS发展史[56]

3.4 有限元分析的基本步骤

3.4.1 前处理阶段

3.4.2 求解阶段

3.4.3 后处理阶段

3.5 有限元方法与有限差分法的比较

3.6 本章小结

第四章 隧道施工力学状态分析

4.1 蜂洞山隧道定测工程地质

4.1.1 地理位置及工程概况

4.1.2 地形地貌

4.1.3 地层岩性

4.1.4 地质构造

4.1.5 地震动参数

4.1.6 水文地质特征

4.2 蜂洞山隧道开挖数值模拟分析

4.2.1 问题描述

4.2.2 模型建立

4.2.3 计算结果

4.2.4 计算结果分析

4.3 本章小结

第五章 结论及展望

5.1 本文主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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