基于短段掘砌混合作业法的深大硬岩竖井荷载理论

摘要

随着西南地区公路网的发展和延伸，公路隧道更是呈现出长、大、深埋的特点，相应地这些隧道配套的通风竖井也就向大直径、深埋方向发展。现在一般认为深大竖井开挖后，竖井深处井壁周围岩体的荷载形式与浅部竖井围岩开挖产生的荷载区别较大。现有竖井荷载理论多是认为随着竖井深度的增加，作用在竖井井壁的围岩压力也是越来越大的，对衬砌的厚度和力学参数要求也就越高。但在实际施工过程中逐渐发现以上的竖井荷载理论并不符合实际情况，尤其是在公路隧道深大硬岩竖井的施工建设之中。　　为了得到适用于深大硬岩竖井的围岩荷载理论，揭示深大硬岩竖井荷载变化机理，为深大硬岩竖井的设计和施工提供理论支持，保证深大硬岩竖井的结构安全，本文通过理论分析、数值模拟、现场监测、工程实例分析等多种手段对深大硬岩竖井荷载理论进行研究，其主要研究方法、内容及结果如下：　　(1)对传统矿山竖井和公路竖井正向掘进施工方法进行总结，在分析各类施工方法优缺点的基础上，对采用短段掘砌混合作业法配合单层模筑衬砌施工模式的公路深大硬岩竖井施工过程中围岩位移和应力释放进行分析，在此基础上提出适用于新型竖井施工模式的深大硬岩竖井围岩荷载理论。　　(2)依托实际深大硬岩竖井工程，采用数值模拟和现场监测等手段得到了在实际深大硬岩竖井工程中井壁周边围岩荷载和位移的变化规律以及分布特征，验证了新型竖井施工模式的可靠性并对本文竖井围岩荷载理论模型的适用性进行分析。　　(3)总结了现有常规竖井在设计方面的做法，基于本文所提出的竖井围岩荷载理论针对深大硬岩竖井的支护厚度和开挖形式提出了相应的设计方法，以期应用至实际深大硬岩竖井工程，在保证竖井结构安全的基础上节约施工材料，降低施工成本。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 竖井荷载特征研究

1.2.2 竖井设计施工方法研究

1.3 目前存在问题

1.4 主要研究内容

1.5 研究方法和技术路线

1.5.1 研究方法

1.5.2 技术路线

1.6 主要创新点

第2章 竖井荷载理论发展

2.1 古典压力理论

2.1.1 朗肯压力理论

2.1.2 海姆公式（1878）

2.1.3 金尼克压力理论（1925）

2.1.4 古典压力理论评价

2.2 散体竖井围岩压力理论

2.2.1 普氏竖井围岩压力理论

2.2.2 秦氏竖井围岩压力理论

2.2.3 萨氏竖井围岩压力理论

2.2.4 悬浮体围岩压力理论

2.2.5 散体围岩压力理论评价

2.3 弹塑性压力理论

2.3.1 卡柯（Caquot）公式

2.3.2 芬纳公式

2.3.3 卡斯特纳尔围岩压力理论

2.3.4 收敛约束法

2.3.5 弹塑性理论评价

2.4 公路深大硬岩竖井的围岩压力探讨

2.5 本章小结

第3章 深大竖井径向荷载模型分析

3.1 传统公路隧道竖井施工方法

3.2 短段掘砌混合作业法施工过程

3.3 基于短段掘砌法的竖井荷载理论

3.3.1 松动圈理论

3.3.2 竖井力学分析

3.3.3 单个施工循环中井围岩位移及荷载变化

3.3.4 竖井开挖深度对围岩位移及荷载影响

3.3.5 基于短段掘砌法的竖井围岩荷载理论

3.4 竖井围岩压力理论计算

3.4.1 松动压力

3.4.2 形变压力计算

3.5 本章小结

第4章短段掘砌法施工阶段数值模拟

4.1 工程概况

4.2 松动圈测试结果

4.3 竖井模型建立

4.4 竖井模拟结果

4.4.1 竖井围岩位移情况

4.4.2 竖井衬砌内力情况

4.5 本章小结

第5章 深大硬岩竖井现场测试

5.1 工程概况

5.1.1 米仓山竖井

5.1.2 宝鼎二号隧道竖井

5.2 松动圈测试

5.3 深大硬岩竖井现场监测

5.3.1 断面布置

5.3.2 监测结果

5.4 竖井围岩压力理论计算

5.5 本章小结

第6章深大硬岩竖井设计形式探讨

6.1 一般竖井设计

6.1.1 矿山竖井开挖形式与支护设计方法

6.1.2 公路竖井设计方法

6.2 设计思路

6.2.1 基岩段衬砌厚度设计

6.2.2 开挖形式设计

6.3 设计优缺点及适用条件

6.3.1 设计优缺点

6.3.2 设计适用条件

6.4 本章小结

第7章结论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果