深埋隧道施工空間效應(yīng)及施工方案優(yōu)選研究.pdf

1、隧道的施工會(huì)使圍巖位移場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)重新生成，在開(kāi)挖過(guò)程中空間效應(yīng)對(duì)上述位移場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的重生成有重要影響，掌握在其影響下圍巖變形、應(yīng)力變化規(guī)律，為合理選擇施工方案提供理論基礎(chǔ)，具有重要意義。因此本文將把施工過(guò)程中圍巖荷載的釋放以及施工空間效應(yīng)作為主要研究?jī)?nèi)容。
　　本文首先對(duì)隧道施工空間效應(yīng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，闡述了對(duì)隧道空間效應(yīng)理論的理解；其次，深入地分析了空間效應(yīng)下隧道變形力學(xué)機(jī)理；最后，結(jié)合理論分析，選取工程實(shí)例，根據(jù)隧道

2、施工力學(xué)特性以及空間效應(yīng)理論，采用有限元分析的手段動(dòng)態(tài)地模擬了隧道施工的過(guò)程,得到了以下成果：
　　（1）建立二維彈塑性模型，對(duì)深埋大跨度隧道的開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)行彈塑性分析，并采用“虛擬支撐力法”實(shí)現(xiàn)圍巖荷載的不同程度的釋放，對(duì)不同荷載釋放率下圍巖位移、初期支護(hù)受力進(jìn)行評(píng)價(jià)，掌握深埋隧道變形和應(yīng)力隨施工進(jìn)程的變化歷程。分析表明荷載不同釋放程度對(duì)圍巖變形以及襯砌結(jié)構(gòu)受力有極大影響。
　　（2）為了直觀地研究隧道施工空間效應(yīng)，建立深埋

3、大跨度隧道三維有限元模型，以分部開(kāi)挖預(yù)留核心土法為工法，動(dòng)態(tài)地展示隧道施工過(guò)程。并設(shè)定某斷面為目標(biāo)斷面，研究施工過(guò)程中目標(biāo)斷面的變形、應(yīng)力變化規(guī)律，掌握深埋隧道圍巖變形和應(yīng)力隨開(kāi)挖進(jìn)程的空間變化歷程。研究表明：在一定空間范圍內(nèi)，不管開(kāi)挖面通過(guò)目標(biāo)斷面與否，其向前推進(jìn)的過(guò)程均會(huì)給目標(biāo)斷面圍巖變形、應(yīng)力帶來(lái)影響，當(dāng)開(kāi)挖面正通過(guò)目標(biāo)斷面時(shí)，其帶來(lái)的這種影響達(dá)到最大。比如，當(dāng)開(kāi)挖面未通過(guò)目標(biāo)斷面且距其仍有較大距離時(shí)，目標(biāo)斷面圍巖開(kāi)始發(fā)生變形、主

4、應(yīng)力產(chǎn)生變化，隨二者之間距離的拉近這種改變愈加明顯，并且當(dāng)二者之間距離減小到零時(shí)，目標(biāo)斷面圍巖的變形、應(yīng)力急劇發(fā)展。
　　（3）為了維護(hù)隧道圍巖的穩(wěn)定以及保障施工安全性，必須為該工程選定最為合理的施工方案。本文從開(kāi)挖方式、下臺(tái)階長(zhǎng)度、二次襯砌施作時(shí)機(jī)三個(gè)方面，分別建立各自對(duì)應(yīng)的幾種工況進(jìn)行分析，同時(shí)仍然從圍巖變形、應(yīng)力變化以及二次襯砌受力幾個(gè)角度，探討隧道在上述三個(gè)方面因素影響下的圍巖特性，綜合三種因素，優(yōu)選施工方案。在開(kāi)挖方式的

5、選取中，以分部開(kāi)挖預(yù)留核心土法、臺(tái)階分部開(kāi)挖法以及導(dǎo)坑法三種工法進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)分析得出，在限制圍巖變形方面，臺(tái)階分部開(kāi)挖法與其它兩種方式相比具有較大優(yōu)勢(shì)；在下臺(tái)階長(zhǎng)度的選取中，建立了不同下臺(tái)階長(zhǎng)度如2m、4m、6m、8m、10m五種工況進(jìn)行分析，結(jié)果表明當(dāng)下臺(tái)階長(zhǎng)度為10m，能夠較為充分地發(fā)揮圍巖的空間效應(yīng)、及時(shí)地形成支護(hù)封閉體系，同時(shí)不發(fā)生較大的變形；在二次支護(hù)時(shí)機(jī)的選擇中，建立了二襯距下臺(tái)階0m、4m、8m、12m、16m、20