【摘要】：21世紀(jì)是地下空間資源得以大力開發(fā)的世紀(jì),也是隧道與地下工程大發(fā)展的世紀(jì)。目前在隧道施工中采用的工藝及理論和高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)之間存在著很大的不平衡。國家正在推進(jìn)隧道施工的機(jī)械化程度,這是時代發(fā)展的大勢所趨。在隧道施工中,當(dāng)開挖斷面較大時,往往采取較保守的分部開挖方式,導(dǎo)致施工作業(yè)空間狹小,大型機(jī)械難以進(jìn)場,從而使得施工效率低下,大大拖慢了建設(shè)進(jìn)度,這也是制約隧道施工新理論新技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸。其次,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇施工安全步距,作為控制初支、二襯閉合成環(huán)的控制距離,來保證隧道結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。但其劃分依據(jù)保守、粗糙,和大型機(jī)械作業(yè)的場地要求相沖突是一個無法避免的問題。本文正是以解決上述兩個制約著隧道施工技術(shù)發(fā)展的問題為背景,選取鄭萬高鐵新華隧道為工程案例,運(yùn)用現(xiàn)場監(jiān)控量測、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段,針對大斷面隧道采用全斷面開挖工法的可行性問題以及隧道施工安全步距優(yōu)化問題進(jìn)行研究,取得若干重要研究成果。總結(jié)如下:(1)現(xiàn)場監(jiān)控量測。本研究選取新華隧道出口里程D1K556+861-D1K556+961,計(jì)100m長為試驗(yàn)段,布置四個監(jiān)測斷面。利用土壓力盒、埋入式應(yīng)變計(jì)、表面式應(yīng)變計(jì)、錨桿軸力計(jì)及多點(diǎn)位移計(jì)等儀器,監(jiān)測了圍巖壓力、混凝土應(yīng)力、鋼拱架應(yīng)力、錨桿軸力及地層位移等數(shù)據(jù),多角度反應(yīng)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形受力情況。并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采用荷載-結(jié)構(gòu)受力模式對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了安全校核。根據(jù)監(jiān)測和計(jì)算結(jié)果表明,隧道試驗(yàn)段內(nèi)圍巖變形最大值5.6mm,錨桿軸應(yīng)力最大值29.87MPa,鋼拱架應(yīng)力最大值61.2MPa,初噴混凝土局部點(diǎn)位應(yīng)力超過材料極限抗拉強(qiáng)度,二襯結(jié)構(gòu)安全系數(shù)最小值1.90,平均值較大。表明隧道采用全斷面開挖工法進(jìn)行施工的整體安全性是有保證的,但噴射混凝土存在著局部破壞問題。(2)分臺階及全斷面開挖工法分析研究。在已有工程地質(zhì)資料、開挖斷面規(guī)格及支護(hù)方案的基礎(chǔ)上,利用FLAC3D進(jìn)行數(shù)值模擬,開展上下臺階式開挖、全斷面開挖不同開挖方式下的圍巖變形、圍巖應(yīng)力與塑性區(qū)分布特性研究,揭示不同開挖方式的圍巖變形機(jī)制與應(yīng)力重分布規(guī)律,論證新華隧道采用全斷面開挖工法的合理性及可行性。計(jì)算結(jié)果表明,隧道采取全斷面開挖時塑性區(qū)半徑大致在3.12m-5.04m,較臺階法開挖略大;應(yīng)力分布情況二者在隧道最終開挖成型時差異不大;全斷面開挖工法拱頂最大沉降量為7.3mm,稍大于臺階法的5mm。(3)安全步距優(yōu)化研究。分別采用力學(xué)模型、數(shù)值模擬兩種手段計(jì)算不同施工步距工況下,支護(hù)體系及圍巖的受力狀態(tài)和安全程度,確定掌子面與后續(xù)仰拱施作、二次襯砌施作的理想安全間距。根據(jù)研究結(jié)果,仰拱安全步距為60m,二襯安全步距為80.64m。
【圖文】：

隧道與地下工程的建設(shè)難度和建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。基施建設(shè)中涉及到隧道的工程項(xiàng)目與日俱增，如城市地鐵的建設(shè)、跨江海底建設(shè)、長距離輸水項(xiàng)目的建設(shè)、鐵路公路的隧道建設(shè)等Ｗ。逡逑隨著鐵路隧道建設(shè)的高速發(fā)展，，我國的鐵路網(wǎng)也逐步的系統(tǒng)完善起來２０１７年底統(tǒng)計(jì)顯示，鐵路投入使用里程達(dá)到１２．７萬ｋｍ，其中高鐵２．５萬ｋ“四縱四橫”高鐵網(wǎng)提前建成運(yùn)營，鐵路建設(shè)取得了顯著成績，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)供了有力支撐。國務(wù)院２０１６年批復(fù)的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，提出了新的縱八橫”為主通道的高速鐵路網(wǎng)，以構(gòu)成省會城市及區(qū)際間更加高效便捷的到２０２０年，鐵路網(wǎng)營運(yùn)里程將達(dá)到１５萬ｋｍ，其中高速鐵路達(dá)３萬ｋｍ以如圖１．１所示。逡逑？由于中國高速鐵路的快速規(guī)劃和建設(shè)，隧道工程這一學(xué)科得以大力發(fā)一步的又促進(jìn)了中國的高速鐵路修建技術(shù)。中國已投入使用中的高鐵隧道數(shù)長度見下表１－１［２—３］。逡逑

道位于湖北省宜昌市興山縣境內(nèi)，是鄭萬高鐵線上的一個雙口正洞里程Ｄ１Ｋ５５６＋８６１？＋９６１段定為大斷面開挖試驗(yàn)方案試，隧道開挖斷面面積１６２ｍ２。該試驗(yàn)段的設(shè)計(jì)方案為：Ｄ１Ｋ５５６＋采用Ｖａ型襯砌，加強(qiáng)支護(hù)懫用全環(huán)Ｉ２０ｂ型鋼鋼架，間距０５？Ｄ１Ｋ５５６＋９６１段４６ｍ采用Ｖｃ型襯砌，加強(qiáng)支護(hù)采用全環(huán)Ｉ距０．６ｍ。初期支護(hù)采用２９ｍｍ厚的Ｃ２５噴射混凝土；拱部系合中空錨桿，邊墻采用４）２０普通砂漿錨桿，長均為４ｍ；拱墻２０ｃｍ的４邋６鋼筋網(wǎng)；二次襯砌拱墻部分采用７０ｃｍ厚的Ｃ３５部分采用８０ｃｍ厚的Ｃ３５鋼筋混凝土。隧道設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖進(jìn)機(jī)械化配套的隧道大斷面施工工藝和工法總結(jié)，在該試驗(yàn)段工法試驗(yàn)，同時根據(jù)施工過程中的監(jiān)測結(jié)果調(diào)整優(yōu)化施工步距邐逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U455

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本文編號：2598273