高速铁路高填方明洞双层衬砌设计方法研究

摘要

随着高速铁路路网向西南山区的快速延伸，受山区地形地质影响，隧道数量急剧增多。考虑到隧道洞口周围的环境保护及山区城市自身规划需要，在洞口修建明洞并以弃渣进行回填的方案于近几年开始得到采用，这使得高填方明洞数量逐渐增多。然而目前关于高填方明洞的设计方法尚无规范规定，其洞身土压力的计算方法、结构的选型及施工步序等内容均需进行深入的研究。
　　论文以重庆丰都高填方双层衬砌明洞为研究背景，采用现场试验、理论推导及数值模拟等多种研究方法，对高填方明洞土压力的计算方法、高填方明洞衬砌的结构选型、双层衬砌结构的力学特性及合理的双层衬砌施工步序等内容进行了研究，主要研究成果有:
　　(1)明确了高填方明洞土压力的变化规律，提出了以修正系数为基础的高填方明洞土压力计算方法，并给出了可供设计参考的修正系数建议值。
　　(2)运用沉降差反推法及马斯顿散体极限平衡法得出了适合于各种不同填方高度的明洞土压力计算公式，同时也推导了边墙侧压力公式，并通过现场试验与数值分析对公式的计算结果进行了检验，检验结果表明本文的计算公式具有较好的适用性。
　　(3)基于明洞洞型及明洞基础形式对土压力的影响研究，得出了厚度较高的刚性地基对洞顶垂直土压力的影响十分显著，明洞自身的刚度及明洞边墙的形式均能对垂直土压力产生一定影响的结论。
　　(4)探明了双层衬砌的结构受力特点及内力变化规律，即高填方明洞的内力呈现两段式变化;通过与同尺寸整体式衬砌的受力对比，得到了双层衬砌安全储备量更高且抵抗不利荷载的能力更强的结论。
　　(5)研究了高填方明洞内衬施作时机对结构整体受力及安全性的影响，得到了在施工工期允许的情况下，采取内衬后作的方式能提高结构整体安全储备的结论。
　　论文以多种研究方法互相结合、互相验证的方式，对高填方双层衬砌结构设计中的关键因素进行了研究并取得了一定的成果，为今后高填方明洞的设计提供了一定的借鉴。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．3 研究现状

1．3．1 高填方明洞土压力研究现状

1．3．3 高填方明洞结构设计研究现状

1．4 研究内容

第二章 高填方明洞双层衬砌研究方法

2．1 高填方明洞双层衬砌数值模拟方法

2．1．1 高填方明洞双层衬砌数值模拟方法研究现状

2．1．2 三维实体单元加接触单元数值模拟法

2．1．3 接触单元参数调整方法

2．1．4 生死单元计算法

2．1．5 本次研究涉及的数值计算模型

2．2 高填方明洞双层衬砌现场试验方法

2．2．1 试验现场工程概况

2．2．2 试验仪器

2．2．3 试验方案及试验仪器的安装

2．3 小结

第三章 高填方明洞土压力计算方法

3．1 概述

3．2 高填方明洞垂直土压力修正系数法研究

3．2．1 A1型高填方明洞垂直土压力修正系数研究

3．2．2 A2型高填方明洞垂直土压力修正系数研究

3．2．3 B型高填方明洞垂直土压力修正系数研究

3．2．4 修正系数法小结

3．3 基于散体极限平衡法的土压力计算方法研究

3．4 基于沉降差反推法的土压力计算方法研究

3．5 国内上埋式涵洞垂直土压力研究结果

3．6 明洞边墙土压力计算方法研究

3．6 小结

第四章 双层衬砌受力特性研究

4．1 概述

4．2 双层衬砌结构内力变化规律研究

4．2．1 A1型双层衬砌结构内力变化规律

4．2．2 A2型双层衬砌结构内力变化规律

4．2．3 B型双层衬砌结构内力变化规律

4．3 高填方明洞衬砌选型研究

4．3．1 研究方法概述

4．3．2 正常回填工况下两种衬砌的受力状态及安全性对比

4．3．3 偏压回填工况下两种衬砌的受力状态及安全性对比

4．4 小结

第五章 高填方明洞双层衬砌施工步序研究

5．1 概述

5．2 内衬施作时机对结构应力分布的影响

5．3 内衬施作时机对结构安全性的影响

5．4 小结

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目