本文關(guān)鍵詞：大跨隧道約束混凝土拱架初期支護(hù)圍巖控制機(jī)制研究

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【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,交通隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一個(gè)重要引擎,我國隧道建設(shè)迎來了前所未有的大發(fā)展時(shí)期。隨著隧道建設(shè)規(guī)模的迅速發(fā)展,越來越多隧道需要建設(shè)在高地應(yīng)力、斷層破碎區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)條件,同時(shí)雙向八車道等大跨隧道也越來越多,而目前尚無雙向八車道等大跨隧道設(shè)計(jì)及施工規(guī)范,復(fù)雜條件大跨隧道施工安全問題亟需解決。約束混凝土技術(shù)在地上結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛,而且在復(fù)雜條件礦山巷道中有了成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),因此本文圍繞復(fù)雜條件大跨隧道約束混凝土圍巖控制機(jī)制,利用模型試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值試驗(yàn)相結(jié)合方法進(jìn)行了以下研究。(1)大跨隧道雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工過程高強(qiáng)支護(hù)模型試驗(yàn)研究基于港溝隧道現(xiàn)場工程背景,進(jìn)行了雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工過程高強(qiáng)支護(hù)模型試驗(yàn)研究,分析了無支護(hù)和高強(qiáng)支護(hù)兩種條件下,圍巖位移、應(yīng)力演化規(guī)律,支護(hù)構(gòu)件受力特性,揭示了大跨隧道施工過程中圍巖變形破壞機(jī)制與高強(qiáng)控制機(jī)制。無支護(hù)條件下圍巖整體位移遠(yuǎn)大于高強(qiáng)支護(hù),左、右拱頂近點(diǎn)位移分別高出69%、75%,遠(yuǎn)點(diǎn)位移分別高出77.8%、88.6%,小凈距分別高出47.1%、52.4%,說明高強(qiáng)支護(hù)對(duì)巖體變形具有良好的控制效果；埋深300m～800m時(shí),高強(qiáng)支護(hù)隧道拱頂位移比無支護(hù)條件分別降低了78.1%、78.9%、70.8%、71.2%、72.3%、74.1%,說明在一定埋深范圍內(nèi),高強(qiáng)支護(hù)能夠有效控制圍巖變形。(2)約束混凝土拱架力學(xué)性能大比尺室內(nèi)試驗(yàn)研究通過改造自主研發(fā)的地下工程約束混凝土拱架大型力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)現(xiàn)場實(shí)際尺寸約束混凝土拱架進(jìn)行了大比尺室內(nèi)力學(xué)性能試驗(yàn)。結(jié)合數(shù)值試驗(yàn)對(duì)拱架變形破壞形態(tài)、極限承載能力、應(yīng)力應(yīng)變分布特征、內(nèi)力分布及變化規(guī)律進(jìn)行了研究。在均布荷載作用下拱架整體變扁平,位移和應(yīng)變最大部位出現(xiàn)在拱頂和兩幫位置；室內(nèi)試驗(yàn)屈服承載力和極限承載力分別為1980.7kN和2370.6kN,數(shù)值試驗(yàn)中拱架屈服承載力為1890.9kN,極限承載能力為2196.6kN,二者具有很好的一致性;拱架受壓彎作用破壞,彎矩作用更加顯著。(3)約束混凝土拱架初期支護(hù)承載特性研究針對(duì)現(xiàn)場實(shí)際尺寸約束混凝土拱架、H型鋼拱架進(jìn)行數(shù)值對(duì)比試驗(yàn),研究了拱架變形破壞形態(tài)、極限承載能力、應(yīng)力應(yīng)變分布特征、內(nèi)力分布及變化規(guī)律。同時(shí)分析了拱架截面鋼管邊長、壁厚、混凝土強(qiáng)度、荷載作用模式對(duì)拱架力學(xué)性能影響規(guī)律,明確了約束混凝土拱架初期承載特性。均布荷載作用下,SQCC180×10拱架相比于H200x200、H200x200-C拱架承載能力提高了81.4%和58.4%,在垂直壓力／水平壓力=1.5”的荷載模式作用下,承載能力提高了128%和72.3%,方鋼約束混凝土拱架相比較于相同含鋼量的型鋼拱架以及考慮混凝土噴層情況的型鋼拱架,承載能力都有明顯提高。同時(shí),分別研究了鋼管壁厚、邊長、核心混凝土強(qiáng)度、垂壓比等參數(shù)對(duì)拱架力學(xué)性能的影響規(guī)律,擬合得到各因素自變量與承載力變量方程。(4)大跨隧道約束混凝土拱架高強(qiáng)控制機(jī)制研究開展雙側(cè)壁導(dǎo)洞法開挖大跨隧道不同支護(hù)方式數(shù)值對(duì)比試驗(yàn),對(duì)比分析了無支護(hù)、錨噴支護(hù)、H型鋼拱架+錨噴支護(hù)、方鋼約束混凝土拱架+錨噴支護(hù)支護(hù)四種支護(hù)方式下隧道圍巖變形、塑性區(qū)發(fā)展規(guī)律,明確了大跨隧道軟弱圍巖約束混凝土高強(qiáng)控制機(jī)制。在圍巖極破碎條件下,約束混凝土拱架相比于H型鋼拱架控制效果最為明顯,尤其在開挖第五部分時(shí),拱頂位移量僅為H型鋼支護(hù)的29.5%。在復(fù)雜條件大跨隧道中,約束混凝土拱架支護(hù)相比H型鋼圍巖控制效果較大程度提高,尤其在軟弱破碎圍巖條件下,支護(hù)優(yōu)勢(shì)更加明顯。
【關(guān)鍵詞】：大跨隧道 約束混凝土拱架 雙側(cè)壁導(dǎo)洞法 地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn) 大比尺拱架試驗(yàn) 拱架力學(xué)性能 圍巖控制機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U455.7
【目錄】：

• 摘要12-14
• Abstract14-17
• 第1章 緒論17-27
• 1.1 研究背景及意義17-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-23
• 1.2.1 隧道支護(hù)技術(shù)18-20
• 1.2.2 約束混凝土支護(hù)20-23
• 1.3 主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線23-25
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容23-24
• 1.3.2 技術(shù)路線24-25
• 1.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)25-27
• 第2章 大跨隧道雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工過程高強(qiáng)支護(hù)模型試驗(yàn)研究27-59
• 2.1 依托工程概況27-28
• 2.2 巖石基本力學(xué)參數(shù)測(cè)試28-29
• 2.3 模型試驗(yàn)相似理論29
• 2.4 模型試驗(yàn)概況29-36
• 2.4.1 研究內(nèi)容29
• 2.4.2 整體試驗(yàn)設(shè)計(jì)29-30
• 2.4.3 模型相似材料研制30-34
• 2.4.4 試驗(yàn)裝置34-35
• 2.4.5 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)35-36
• 2.5 模型試驗(yàn)方案及實(shí)施36-44
• 2.5.1 模型體制作流程36-37
• 2.5.2 模型監(jiān)測(cè)方案及元件布設(shè)37-40
• 2.5.3 模型開挖和監(jiān)測(cè)40-44
• 2.6 圍巖位移演化規(guī)律44-47
• 2.6.1 模型拱頂最終位移44-45
• 2.6.2 模型拱頂位移演化規(guī)律45-47
• 2.7 圍巖應(yīng)力演化規(guī)律47-52
• 2.7.1 模型拱頂圍巖應(yīng)力演化規(guī)律47-48
• 2.7.2 模型邊墻圍巖應(yīng)力演化規(guī)律48-49
• 2.7.3 掌子面過監(jiān)測(cè)斷面前后圍巖應(yīng)力變化特征49-50
• 2.7.4 高強(qiáng)支護(hù)條件下洞周應(yīng)力釋放率50-52
• 2.8 支護(hù)構(gòu)件受力分布特征52-54
• 2.9 模型超載破壞分析54-56
• 2.10 本章小結(jié)56-59
• 第3章 約束混凝土拱架力學(xué)性能大比尺室內(nèi)試驗(yàn)研究59-79
• 3.1 試驗(yàn)?zāi)康呐c整體研究思路59
• 3.2 隧道約束混凝土拱架大型試驗(yàn)系統(tǒng)59-64
• 3.2.1 現(xiàn)狀分析59-60
• 3.2.2 系統(tǒng)概況60-62
• 3.2.3 試驗(yàn)方法與步驟62-64
• 3.3 拱架承載特性室內(nèi)試驗(yàn)研究64-76
• 3.3.1 室內(nèi)試驗(yàn)方案64-67
• 3.3.2 數(shù)值試驗(yàn)方案67-70
• 3.3.3 拱架變形破壞分析70-72
• 3.3.4 拱架承載能力分析72-73
• 3.3.5 拱架應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)分析73-75
• 3.3.6 拱架內(nèi)力分析75-76
• 3.4 本章小結(jié)76-79
• 第4章 約束混凝土拱架初期支護(hù)承載特性研究79-105
• 4.1 試驗(yàn)?zāi)康呐c整體研究思路79
• 4.2 試驗(yàn)概況79-80
• 4.2.1 拱架尺寸79-80
• 4.2.2 材料參數(shù)80
• 4.3 拱架截面極限壓彎承載能力計(jì)算80-82
• 4.3.1 H200×200型鋼軸壓承載能力和極限抗彎計(jì)算80-81
• 4.3.2 SQCC180×10軸壓承載能力和極限抗彎計(jì)算81-82
• 4.4 拱架全比尺數(shù)值對(duì)比試驗(yàn)82-103
• 4.4.1 試驗(yàn)方案82-83
• 4.4.2 H200×200拱架試驗(yàn)83-87
• 4.4.3 H200×200-C拱架試驗(yàn)87-91
• 4.4.4 SQCC180×10拱架試驗(yàn)91-95
• 4.4.5 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析95-96
• 4.4.6 SQCC拱架影響因素及其影響規(guī)律分析96-103
• 4.5 本章小結(jié)103-105
• 第5章 大跨隧道約束混凝土拱架高強(qiáng)控制機(jī)制研究105-137
• 5.1 試驗(yàn)?zāi)康呐c整體研究思路105
• 5.2 數(shù)值試驗(yàn)概況105-109
• 5.2.1 模型建立及參數(shù)選取105-107
• 5.2.2 數(shù)值方案基本變量107-108
• 5.2.3 數(shù)值試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)108-109
• 5.3 各支護(hù)方式試驗(yàn)結(jié)果分析109-129
• 5.3.1 無支護(hù)方式109-113
• 5.3.2 錨桿+噴層支護(hù)方式113-118
• 5.3.3 H型鋼拱架+錨桿+噴層支護(hù)方式118-124
• 5.3.4 方鋼約束混凝土拱架+錨桿+噴層支護(hù)方式124-129
• 5.4 試驗(yàn)結(jié)果綜合分析129-134
• 5.4.1 不同支護(hù)方式隧道圍巖位移控制效果對(duì)比分析129-130
• 5.4.2 不同支護(hù)方式圍巖塑性區(qū)結(jié)果對(duì)比分析130-132
• 5.4.3 方鋼約束混凝土施工過程圍巖控制機(jī)制132-134
• 5.5 本章小結(jié)134-137
• 第6章 結(jié)論與展望137-141
• 6.1 主要結(jié)論137-138
• 6.2 展望138-141
• 參考文獻(xiàn)141-145
• 在讀期間參于的科研項(xiàng)目145
• 在讀期間發(fā)表的論文145-146
• 在讀期間申請(qǐng)的專利146
• 在讀期間獲得的獎(jiǎng)勵(lì)146-147
• 致謝147-149
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表149

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本文編號(hào)：1109324