破碎片麻岩三车道公路隧道施工方法研究

摘要

近年来我国交通事业迅猛发展,大断面隧道如雨后春笋般迅速增长,相对应的施工问题也越来越多,如何选择最优的施工方法是我们当前面临的首要问题,技术的进步是保证施工安全、优化设计、降低工程成本的关键因素。
　　兰州市九州隧道是处于片麻岩地段的三车道公路隧道,最大开挖跨度15.83m,最大开挖高度10.57m。本文结合九州隧道工程,对大断面公路隧道的施工方法做进一步的研究。
　　研究内容与方法:
　　(1)以隧道围岩变形及支护结构力学监测为基础,采用非线性拟合方法分析九州隧道工程变化规律,并通过绘制应力及位移时程曲线,得出隧道支护结构受力的变化规律。
　　(2)以甘肃省兰州市九州隧道为背景,建立力学计算模型,采用midas GTS进行数值模拟,将计算结果(拱顶的沉降、净空水平位移、围岩与衬砌的受力及围岩与衬砌的内力和变形)与施工过程的实际监测数据进行分析对比,验证数值模拟的科学性,为隧道施工时的安全提供重要的技术支撑和理论保障,并为隧道设计阶段参数的优化提供了可靠的技术支撑。
　　(3)模拟不同的开挖方法:两台阶五步开挖、三台阶七步开挖、上台阶CD法,分析各开挖方法围岩及支护结构的变形与应力,结合各不同开挖方法的实际成本进行对比分析,利用价值工程原理优选开挖方法。
　　研究成果:
　　(1)实测分析得到采用三台阶七步开挖破碎片麻岩隧道随时间变化规律:观测断面周边关键点位置的位移、围岩的压力、钢拱架的应力、锚杆轴力以及衬砌应力等均出现了严重的不对称现场,主要是由于该断面埋深较浅,受到左线刷坡施工的影响较大。
　　(2)通过三维模拟对比分析,对于破碎片麻岩隧道,采用上台阶 CD法可以减小围岩及支护结构的变形及受力,最大沉降发生在拱顶处,为1.02cm,钢拱架的最大应力发生在右拱肩处,为-72.6MPa;喷混凝土的最大压应力发生在左拱腰处,为-12.0 MPa;右最大跨部位出现围岩压力最大值,其值为319.6KPa。
　　(3)两台阶五步开挖的成本为6407.7元/米、三台阶七步开挖的成本为7821.7元/米、上台阶CD法的成本为9012元/米;两台阶要比三台阶节省1414元/米,比上台阶CD法节省2604.3元/米,九州隧道右线全长2768,两台阶比三台阶节省391万,比CD节省721万
　　(4)通过分析比选,采用上台阶CD法可以有效控制围岩及支护结构的受力和变形;采用两台阶五步开挖,可以节约资金,降低工程成本。

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1绪论

1.1 引言

1.2围岩稳定性分析的国内外动态

1.3监控量测计算的国内外动态

1.4施工方法的国内外动态

1.5选题的目的、意义及该领域存在问题

1.6本文的主要内容与方法

2现场监测数据处理与分析

2.1九州隧道工程概况

2.2 监测的目的

2.3 监控点布置及仪器配备

2.4 监控量测分析

2.5本章小结

3隧道不同开挖方法的数值模拟分析

3.1有限元模型基本概述

3.2不同开挖方法模拟结果对比分析

3.3实测数据与模拟结果对比

3.4本章小结

4隧道不同开挖方法成本分析

4.1隧道建设项目主要的成本控制对象

4.2 不同开挖方法成本分析

4.3 本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果