复杂条件下大断面隧道施工关键技术研究

摘要

本文依托青岛某公路隧道工程，针对其主线和匝道交汇处的大跨段，地质条件复杂、埋深浅和下穿建筑物等特点，开展了大断面隧道施工技术研究。现阶段大断面隧道多采用分步开挖法施工，导致了对围岩的多次扰动、各个工序间相互干扰、仰拱不能及时封闭成环、工期较长和经济性差等许多问题。因此本论文又结合桃树坪隧道工程，开展新意法在大断面隧道施工中的技术研究。优化大断面隧道施工技术，开展大断面隧道的施工研究也一直是业内人士的焦点问题。其主要内容如下:
　　(1)简述国内外大断面隧道的施工的研究现状，指出了研究大断面隧道施工技术的价值和重要性;
　　(2)本文总结了大断面隧道的力学特性，结合轴变理论，分析大断面隧道分步开挖法的力学机理，从理论上论证大断面隧道分步开挖的合理性，提出相应的施工工艺，并总结了现阶段大断面隧道施工工法;
　　(3)利用有限元分析软件，建立本工程中大断面隧道三种分步施工工法的数值模型，对每一个施工环节中的隧道围岩稳定性和围岩支护结构的受力、变形特定进行详细的分析，得出每种施工工法中的关键步骤和隧道的薄弱位置，并提出相应的设计、施工和监测的建议。针对每一种隧道断面，从力学机理、经济效益等角度综合考虑，得出最优的开挖方案;
　　(4)结合具体国内隧道工程，采用数值分析，以掌子面预收敛为指标分析，研究未经过超前支护情况下，大断面隧道掌子面超前收敛与隧道总变形之间的关系，证明了控制大断面隧道的超前核心土的预变形的重要性;
　　(5)针对软岩大断面隧道施工使用分步开挖法出现的问题，结合新意法的理念，提出全断面开挖的可行性。并通过调研桃树坪隧道工程和进行数值模拟，从工效、成本和控制变形方面综合分析，新意法在大断面软岩隧道施工中有更好的适应性和应用前景;
　　(6)采用数值模拟，以掌子面挤出变形和隧道拱顶沉降两项指标为评价手段，分析新意法三种超前加固方式对隧道稳定性的影响，优化新意法超前加固参数设计。
　　(7)对开挖方案的实施进行了现场的监控量测，并对监测数据进行了全面分析，掌握了围岩和初支的受力状态，进一步验证了开挖方案的合理性，并得出了一些有益的结论。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外大断面隧道研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 本文的研究价值

1．3 本论文研究的背景和意义

1．3．1 依托工程背景

1．3．2 本课题研究的内容及意义

1．3．3 本文的研究方法及技术路线

第二章 大断面隧道施工技术研究

2．1 浅埋大断面隧道的定义

2．2 大断面隧道的力学特性

2．3 大断面隧道分步开挖力学特性

2．3．1 分步开挖工法的力学机理

2．3．2 大断面隧道的施工工法

2．4 新奥法在大断面隧道施工中的应用

2．4．1 新奥法的发展

2．4．2 新奥法的特点和基本原理

2．4．3 新奥法的设计

2．4．4 新奥法的适用范围

2．5 本章总结

第三章 大断面隧道施工分步开挖法数值分析

3．1 有限元计算原理和MIDAS／GTS简介

3．2 依托工程概况

3．2．1 隧道平纵断面位置

3．2．2 周边环境和地质特征

3．2．3 隧道断面参数

3．2．4 各断面分步开挖法数值模拟分组

3．3 DZ1-3断面开挖数值分析

3．3．1 备选施工方案

3．3．2 计算模型和参数

3．3．3 应力和变形计算结果及分析

3．3．4 DZ1-3断面三种分步开挖工法的综合比选

3．4 DZ4-5断面开挖数值分析

3．4．1 备选旌工方案

3．4．2 计算模型和参数

3．4．3 应力和变形计算结果分析

3．4．4 DZ4-5断面三种分步开挖工法的综合比选

3．5 DZ6-7断面开挖数值分析

3．5．1 备选施工方案

3．5．2 计算模型和计算参数

3．5．3 应力和变形计算结果分析

3．5．4 DZ6-7断面分步开挖工法的综合比选

3．6 分步开挖法的力学分析结果

3．7 大断面隧道的分步开挖法的施工难点分析

3．7．1 量化台阶法与CD法

3．7．2 确定合理的开挖进尺

3．7．3 不同施工方法间的过渡

3．7．4 隧道稳定性的控制

3．7．5 大断面隧道分部开挖施工中应注意的问题

3．8 本章总结

第四章 新意法在大断面隧道中的理论研究

4．1 分步开挖法产生的问题和新意法的提出

4．2 新意法理念

4．2．1 新意法的发展

4．2．2 新意法原理和特点

4．2．3 新意法的施工步骤

4．2．4 新意法的适用范围

4．3 超前核心土预收敛变形数值模拟研究

4．3．1 数值模型

4．3．2 隧道的预收敛变形结果分析

4．3．3 控制掌子面超前核心土预变形的必要性

4．4 依托隧道工程概况

4．5 新意法的超前加固参数影响性数值分析

4．5．1 核心土周边围岩超前预加固影响分析

4．5．2 核心土超前预加固影响分析

4．5．3 拱脚加固影响分析

4．6 传统分步开挖法与新意法的对比分析研究

4．6．1 工法理念对比分析

4．6．2 两种工法数值分析对比研究

4．6．3 工效和成本对比研究

4．6．4 现场施工效果研究

4．7 大断面隧道全断面开挖快速施工的可行性分析

4．8 本章总结

第五章 隧道现场监测结果分析

5．1 监测内容

5．2 监测项目

5．2．1 洞内观察

5．2．2 围岩压力初支与二衬之间压力

5．2．3 二衬混凝土应力

5．2．4 钢拱架内力量测

5．2．5 爆破振动监测

5．3 监测结果和分析

5．3．1 钢筋应力分析

5．3．2 围岩压力分析

5．3．3 爆破振速监测分析

5．4 本章总结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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