【摘要】：隨著我國巖溶隧道、水下隧道和引水隧洞等類工程建設(shè)的日益增多，以及工程實踐的需要、環(huán)保理念的增強和技術(shù)水平的進步，隧道外水壓力引起的問題日益突出。因此，本文對外水壓力下的隧道襯砌結(jié)構(gòu)簡化計算方法開展研究非常有必要。 外水壓力下的隧道復(fù)合襯砌初期支護和二次襯砌之間的作用關(guān)系、圍巖對二次襯砌的約束作用等問題都與復(fù)合襯砌間初支和二襯接觸狀態(tài)有著直接的關(guān)系，因此對復(fù)合襯砌初支和二襯間接觸關(guān)系的研究就顯得尤為重要。 隨著科學(xué)技術(shù)的進步和科學(xué)水平的發(fā)展，接觸理論的成熟和有限元分析軟件的廣泛應(yīng)用，將接觸分析引入到隧道工程領(lǐng)域，使應(yīng)用有限元接觸理論來分析隧道復(fù)合襯砌初支和二次襯砌之間的接觸狀態(tài)成為一種可能。 本文以湘江隧道工程為依托，系統(tǒng)研究了外水壓力下隧道復(fù)合襯砌初支和二襯間的接觸狀態(tài)、水壓力、圍巖壓力對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性的影響、外水壓力下復(fù)合襯砌初支和二襯間接觸力的變化規(guī)律、外水壓力下隧道大斷面襯砌結(jié)構(gòu)驗算，進行的工作和取得的成果如下： ①系統(tǒng)表述了隧道復(fù)合襯砌初期支護和二次襯砌之間的接觸狀態(tài)，并針對外水壓力下復(fù)合襯砌初支和二襯之間的接觸狀態(tài)提出相應(yīng)的接觸界面模型。 ②應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件對隧道初支和二襯處于接觸狀態(tài)進行分析，模擬開挖過程，激活二次襯砌調(diào)整接觸狀態(tài)，使初支和二襯間建立接觸對，成功將接觸分析應(yīng)用到隧道工程中。 ③基于ANSYS計算軟件，選用接觸單元，初步建立了考慮接觸效應(yīng)的外水壓力下隧道襯砌計算方法，并進行了計算對比分析。 ④對隧道承受圍巖壓力和高水壓進行襯砌結(jié)構(gòu)計算，指出隧道在承受圍巖壓力的前提下，加載水荷載會對二次襯砌受力特性產(chǎn)生影響。 ⑤首次分析了外水壓力下的隧道二次襯砌與初期支護的接觸效應(yīng)，，通過對依托工程長沙湘江隧道的計算模擬，研究了在水壓力不斷增大過程中隧道初支和二次接觸壓力的變化規(guī)律；針對性提出對易破壞部位進行加強配筋以及二次襯砌斷面型式對外水壓力下隧道結(jié)構(gòu)安全的顯著影響。
【圖文】：

(c) 二次襯砌彎矩圖 4-4 工況二：Ⅱ類圍巖斷面計算云圖對比圖（左：圍巖釋放系數(shù) 10%；右：圍巖釋放系數(shù) 10%+拱頂水頭 10m）表 4.6 考慮圍巖壓力外水壓力作用前后的二次襯砌內(nèi)力值襯砌物理量Ⅱ類圍巖圍巖釋放系數(shù) 10%圍巖釋放系數(shù)10%+拱頂水頭 10m內(nèi)力最大正剪力/KN 347.9 351.2最大負(fù)剪力/KN 354.5 350.3最大拉軸力/MN -- --最大壓軸力/MN 2.26 2.42最大負(fù)彎矩/KN·m 148.1 133.3最大正彎矩/KN·m 220.2 237.4根據(jù)云圖 4-4 和表 4.6 數(shù)據(jù)可知：

50(d) 二次襯砌素混凝土安全性圖 4-5 工況三：Ⅱ類圍巖斷面計算云圖對比圖（左：無外水壓力；右：拱頂水頭 30m）表 4.8 外水壓力作用前后的二次襯砌內(nèi)力與安全性襯砌物理量Ⅱ類圍巖無外水壓力 有外水壓力內(nèi)力最大剪力/KN 398.64 1380最大拉軸力/MN -- --最大壓軸力/MN 1.75 5.47
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U451.4

【參考文獻】

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本文編號：2540387