本文關(guān)鍵詞：淺覆軟弱圍巖超前管棚預(yù)支護(hù)作用機(jī)理研究

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【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,我國(guó)的高速鐵路、高速公路及城市地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期。在進(jìn)行這些基礎(chǔ)工程的建設(shè)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到在淺覆軟弱圍巖中開(kāi)挖隧道的情況。由于軟弱圍巖不僅強(qiáng)度低,而且易受隧道開(kāi)挖的擾動(dòng)影響,所以在進(jìn)行隧道正式開(kāi)挖前需要對(duì)隧道周?chē)鷰r土體進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)。管棚作為一種可靠的預(yù)支護(hù)法,在工程有廣泛的應(yīng)用。與此形成鮮明對(duì)比的是管棚理論研究卻嚴(yán)重滯后,造成了在對(duì)管棚進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)其參數(shù)的選取仍需通過(guò)工程類(lèi)比法來(lái)獲得的奇怪現(xiàn)象。針對(duì)這種情況,本文以樺皮嶺隧道工程為依托,展開(kāi)了對(duì)淺覆軟弱圍巖超前管棚預(yù)支護(hù)作用機(jī)理的研究,主要的研究工作如下:(1)對(duì)在工程實(shí)際應(yīng)用較多的超前預(yù)支護(hù)法進(jìn)行總結(jié)并分析各自的優(yōu)缺點(diǎn),并重點(diǎn)對(duì)管棚超前預(yù)支護(hù)法的作用機(jī)理、應(yīng)用場(chǎng)所、力學(xué)模型的發(fā)展及分類(lèi)進(jìn)行總結(jié)分析。(2)針對(duì)目前管棚力學(xué)模型中存在的缺陷,考慮初期支護(hù)延滯性、圍巖應(yīng)力釋放差異性、地層反力系數(shù)不均勻性和仰坡坡度等因素,將管棚劃分為初期支護(hù)封閉段、初期支護(hù)未封閉段、未支護(hù)段、掌子面前方塑性擾動(dòng)段、彈性擾動(dòng)段和未擾動(dòng)段,建立了基于彈性地基梁理論并考慮施工過(guò)程的管棚變形力學(xué)模型(Winkler、Pasternak),推導(dǎo)出管棚變形的理論值。利用ANSYS軟件中的Beam54梁?jiǎn)卧獙?duì)管棚中單根鋼管撓度進(jìn)行數(shù)值模擬,通過(guò)數(shù)值解與理論解的對(duì)比驗(yàn)證了力學(xué)模型的合理性�；诟倪M(jìn)后的Winkler力學(xué)模型對(duì)管棚的直徑、間距、長(zhǎng)度、以及模型中各梁段長(zhǎng)度等參數(shù)的選取進(jìn)行優(yōu)化分析;基于改進(jìn)后的Pasternak力學(xué)模型在不同圍巖及不同上覆圍巖坡率的情況下對(duì)管棚進(jìn)行參數(shù)分析。對(duì)淺覆軟弱圍巖管棚預(yù)支護(hù)理論進(jìn)行研究,為以后管棚參數(shù)設(shè)計(jì)提供參考。(3)對(duì)管棚撓度變形的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),利用水平測(cè)斜儀進(jìn)行管棚撓度變形的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)收集到的數(shù)據(jù)與求得的理論解及數(shù)值解進(jìn)行對(duì)比分析,進(jìn)一步驗(yàn)證了改進(jìn)后力學(xué)模型的合理性。
【關(guān)鍵詞】：軟弱圍巖 管棚 Winkler力學(xué)模型 Pasternak力學(xué)模型 數(shù)值模擬 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 撓度變形
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U455.7
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第一章 緒論8-23
• 1.1 前言8-9
• 1.2 預(yù)支護(hù)法分類(lèi)總結(jié)9-12
• 1.2.1 管棚預(yù)支護(hù)法9-10
• 1.2.2 超前小導(dǎo)管法10
• 1.2.3 超前錨桿預(yù)支護(hù)法10-11
• 1.2.4 水平旋噴注漿法11
• 1.2.5 機(jī)械預(yù)切槽法11-12
• 1.2.6 預(yù)襯砌法12
• 1.2.7 凍結(jié)法12
• 1.3 管棚超前預(yù)支護(hù)技術(shù)12-19
• 1.3.1 管棚預(yù)支護(hù)法分類(lèi)13-14
• 1.3.2 管棚的分布方式14-15
• 1.3.3 管棚的用途15-17
• 1.3.4 管棚力學(xué)模型分類(lèi)17-19
• 1.4 管棚的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5 研究?jī)?nèi)容及方法21-23
• 第二章 Winkler地基梁模型在管棚撓度計(jì)算的應(yīng)用23-43
• 2.1 管棚地基梁模型23-27
• 2.1.1 管棚上覆荷載的大小24-26
• 2.1.2 地層反力系數(shù)的簡(jiǎn)化26-27
• 2.2 Winkler力學(xué)模型的求解27-33
• 2.3 算例及討論33-41
• 2.3.1 工程概況33
• 2.3.2 算例33-35
• 2.3.3 參數(shù)敏感性分析35-41
• 2.4 本章小結(jié)41-43
• 第三章 Pasternak地基梁模型在管棚撓度計(jì)算的應(yīng)用43-61
• 3.1 Pasternak力學(xué)模型的建立43-47
• 3.2 Pasternak力學(xué)模型的求解47-53
• 3.3 算例及討論53-60
• 3.3.1 算例53-54
• 3.3.2 參數(shù)敏感性分析54-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第四章 管棚撓度現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)61-69
• 4.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究61-62
• 4.2 測(cè)試方案62
• 4.3 測(cè)斜儀及使用方法62-65
• 4.4 測(cè)試結(jié)果分析65-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第五章 結(jié)論與展望69-71
• 5.1 結(jié)論69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75-76
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76

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