【博士】連拱隧道圍巖壓力計算方法與動態(tài)施工力學行為研究【2007】

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　　學科專業(yè)：巖土工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：北京交通大學　　學位年度： 2007年　　連拱隧道設計施工已有30多年的歷史，成功建設數(shù)酉座連拱隧道。然而由于雙連拱隧道的連拱結(jié)構(gòu)，多分部開挖支護的結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)換過程多，圍巖應力變化和圍巖與結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系復雜，目前在設計、旌工中仍然存在一些問題：　　①勘察設計圍巖分類與施工揭露實際圍巖級別常有差異，并難以實現(xiàn)及時變更。②尚無滿足連拱隧道特點的圍巖壓力理論，特別是在淺埋偏壓條件下圍巖荷載估計偏差較大。③施工中經(jīng)常出現(xiàn)支護失效、襯砌裂縫及滲漏泄水等工程安全、質(zhì)量問題。　　本文首先研究連拱隧道坑道寬度取值及中墻計算模型選取，為連拱隧道特性研究提供基礎(chǔ)：然后確定地形偏壓臨界覆土厚度，對偏壓隧道與非偏壓隧道進行界定；在此基礎(chǔ)上研究偏壓隧道和非偏壓隧道的圍巖壓力計算方法；為保證設計參數(shù)能符合施工中所揭露的圍巖實際條件，開展現(xiàn)場圍巖快速評價方法及巖體力學參數(shù)綜合確定方法研究：最后開展偏壓連拱隧道動態(tài)旌工力學數(shù)值模擬研究，并結(jié)合實際工程接受工程實踐檢驗?！　”疚尼槍B拱隧道，進行圍巖壓力計算方法和動態(tài)施工力學行為研究，主要研究成果有：　　1、連拱隧道坑道寬度取值及中墻計算模型選取研究　　對于連拱隧道，圍巖理性區(qū)受中墻及施工方案影響較小，主要與最終開挖跨度有關(guān)。在計算衙載時要考慮最不利工況，連拱隧道坑道寬度取整個連拱隧道的寬度是合理的，偏于安全的?！　?、地形偏壓臨界覆土厚度研究　　應用巖柱理論(又叫比爾鮑曼理論)求得塌落拱曲線方程，然后用作圖法在連拱隧道外側(cè)作一個切線與以地形的坡度求出的塌落拱曲線方程的切線相平行，兩平行線的距離即為地形偏壓臨界覆蓋厚度。運用此方法求得連拱隧道大跨度條件下不同坡率、不同圍巖級別條件下的偏壓連拱隧道地形偏壓臨界覆土厚度，為偏壓連拱隧道設計提供了可靠依據(jù)?！　?、連拱隧道圍巖壓力計算方法研究　　針對連拱隧道斷面遠大于單線隧道，圍巖壓力遠大于按單線隧道寬度修正結(jié)果所出現(xiàn)的問題，通過對目前常用地層壓力理論和公式進行探索與系統(tǒng)分析，提出了對于大跨度雙連拱隧道，在極淺埋、荷載和謝家然理論荷載；在深埋條件下，淺埋條件下，仍然分別采用全土柱理論推薦雙連拱隧道豎直地層壓力采用適合。雙連拱大斷面隧道特點的修正比爾鮑曼理論圍巖壓力計算公式?！　?、偏壓連拱隧道圍巖壓力及結(jié)構(gòu)計算方法研究　　對于淺埋偏壓連拱隧道，不僅要考慮非對稱的地層主動荷載，還要調(diào)整淺埋側(cè)地層被動荷載，提出淺埋偏壓連拱隧道地層主動偏壓荷載和被動不均勻荷載確定方法及地形偏壓情況下隧道支護結(jié)構(gòu)的合理計算方法，并求得不同坡率、不同圍巖級別條件下淺埋側(cè)土體的彈性抗力系數(shù)的合理取值，為設計中偏壓連拱隧道采用荷載結(jié)構(gòu)模式計算時淺埋側(cè)土體的彈性抗力系數(shù)取值提供參考?！　?、施工期間圍巖快速評價及綜合確定巖體力學參數(shù)方法研究在充分吸收國內(nèi)外圍巖分類經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對隧道施工期問的現(xiàn)場圍巖判別特點與要求，提出了一種現(xiàn)場圍巖快速評價方法，該方法以定量與定性指標相結(jié)合，現(xiàn)場觀察、量測及快速評價。另外針對隧道圍巖實際力學指標難以獲取的難題，提出應用圍巖O指標和現(xiàn)場點荷載強度推測圍巖物理力學參數(shù)的方法，并結(jié)合圍巖快速評價結(jié)果，綜合確定隧道圍巖實際力學指標。　　6、連拱隧道動態(tài)施工力學的數(shù)值模擬研究　　對于淺埋偏壓連拱隧道，側(cè)導洞應該先開挖深埋側(cè)側(cè)導洞，而主洞應該先開挖淺埋側(cè)主洞；而對于非偏壓連拱隧道，在圍巖條件較好時主洞開挖可采用上下臺階法，且主洞開挖合理的工作面問距應約為2．0D～3．0D(D為單拱跨度1；在中隔墻完成后，部分回填，使正洞初期支護能直接作用在中隔墻上，不僅有效提高支護整體剛度，還使中隔墻受力更合理，改善中隔墻受力狀態(tài)?！　〗?jīng)富溪偏壓連拱隧道工程施工與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果檢驗，研究中提出的連拱隧道坑道寬度取值、偏壓連拱隧道深淺埋分界、圍巖主動壓力與圍巖被動壓力計算方法、現(xiàn)場圍巖級別快速評價以及施工方法正確合理，為工程成功建設提供了重要技術(shù)支持，也為類似工程提供經(jīng)驗?！　?

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