偏压双连拱隧道合理开挖与支护方式研究

摘要

随着我国交通建设的迅速发展，公路不断向山区延伸，在山区修建公路隧道难免受到地形限制。连拱隧道作为一种特殊的隧道形式，由于其占地少、空间利用率高、便于管理等优点，在特殊地形下被广泛采用。因受地形、地质及施工方法的影响，连拱隧道通常受力不对称形成偏压，偏压连拱隧道与分离式隧道相比施工复杂，工序繁多，且不同开挖顺序对隧道结构及围岩的影响难以把握。因此，研究偏压连拱隧道的围岩稳定性、合理开挖顺序、支护方式对于隧道的安全施工具有重要意义。
　　以荣乌高速公路刘岗连拱隧道为工程背景，通过对隧道施工现场进行勘察，了解隧道区域工程地质特征和工程地质评价，通过现场跟进连拱隧道施工，了解隧道施工方法及过程。依据地层结构法，基于有限元分析理论，利用MIDAS GTS NX有限元软件对偏压连拱隧道施工过程进行数值模拟，依据数值模拟结果分析不同的开挖顺序对隧道围岩及支护结构受力变形特性的影响，比选出合理施工顺序，依据隧道施工数值模拟结果对偏压连拱隧道初期支护结构进行合理优化，通过数值计算结合现场勘察情况对偏压连拱隧道主要进行了以下研究：
　　(1)偏压连拱隧道在施工过程中，隧道周围围岩及支护结构受力情况复杂多变。通过对比分析隧道采用不同开挖顺序时隧道围岩、中隔墙及支护结构在各工序的受力情况得出，从隧道围岩拉应力及位移、隧道围岩塑性区、中隔墙拉应力及位移、支护结构受力方面分析，偏压连拱隧道先开挖浅埋测优于先开挖深埋侧，从压应力及剪应力方面分析两种开挖顺序无明显差别。
　　(2)通过分析隧道施工过程得出，由于受偏压影响，在隧道施工过程中，中隔墙均表现出向浅埋侧倾倒的趋势。中隔墙作为隧道结构重要的组成部分，其稳定性直接关系到隧道整体结构的稳定性。因此，在施工过程中应重点关注中隔墙的受力变形特性，及时监测中隔墙的位移变化情况，防止中隔墙因过大变形而发生倾倒。
　　(3)依据隧道工程地质条件与隧道偏压情况，将隧道浅埋侧初期支护参数适当降低，取消隧道两侧受压锚杆，通过有限元数值模拟对比分析优化后的初期支护与优化前的初期支护的受力情况。计算结果表明，优化后的初期支护满足隧道结构受力要求，可以采用。对偏压连拱隧道初期支护结构进行合理性优化，既可以加快施工进度，又可以在保证隧道施工安全的前提下降低工程总造价，达到隧道经济施工的目的。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 连拱隧道偏压成因

1.3 研究现状

1.4 研究意义

1.5 研究的内容和方法

2 隧道数值计算理论

2.1 隧道数值计算原理

2.2 隧道开挖有限元模拟的实现

3 偏压连拱隧道数值模拟分析

3.1 刘岗隧道概况

3.2 偏压连拱隧道施工技术

3.3 偏压连拱隧道开挖过程的数值模拟

3.4 数值模拟计算结果分析

3.5 本章小结

4 隧道支护结构优化研究

4.1 初期支护结构优化

4.2 计算过程

4.3 计算结果分析

4.4 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

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