【摘要】：近年來(lái),隨著山嶺交通隧道的大量修建,偏壓軟弱圍巖隧道的施工變形控制及其穩(wěn)定性問(wèn)題已成為隧道工程研究的重點(diǎn)。論文以在建滬昆客運(yùn)專線劉家莊隧道為背景，采用有限元軟件ABAQUS對(duì)偏壓軟弱圍巖大斷面隧道的施工過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)三種不同開(kāi)挖方案的優(yōu)化分析，得到了圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)資料,應(yīng)用灰色控制方程對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)判，提出了相應(yīng)施工變形控制措施。論文的主要研究?jī)?nèi)容為： (1)運(yùn)用ABAQUS模擬隧道開(kāi)挖過(guò)程，發(fā)現(xiàn)初次襯砌的拱腳處產(chǎn)生了應(yīng)力集中，上半斷面底部發(fā)生了顯著的擠出變形，在拱頂上方出現(xiàn)了應(yīng)力釋放區(qū)；當(dāng)下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)后，在邊墻和拱腳處出現(xiàn)應(yīng)力集中，在底部出現(xiàn)了應(yīng)力釋放區(qū)，而在拱頂未發(fā)生顯著變化。整個(gè)隧道開(kāi)挖過(guò)程中，初級(jí)支護(hù)的應(yīng)力最大值發(fā)生在支護(hù)結(jié)構(gòu)邊墻和拱腳處,初級(jí)支護(hù)的應(yīng)力最小值發(fā)生在下臺(tái)階底部，洞室周邊應(yīng)力影響范圍為6～20m，水平位移在隧道拱腰和拱腳處較大，豎向位移在拱頂處最大。 (2)通過(guò)對(duì)隧道三種施工方法對(duì)比可知：①全斷面法施工，洞室周圍產(chǎn)生的沉降最大，應(yīng)力最小。應(yīng)力最大值為CD開(kāi)挖方法最大值的0.37倍。當(dāng)工程容許有較大變形時(shí)，可以采用全斷面法施工。②上下臺(tái)階法施工，能較好的控制開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，其最大沉降值是全斷面開(kāi)挖方法的0.57倍，應(yīng)力最大值是CD開(kāi)挖方法最大值的0.39倍。③CD法施工，洞室周圍產(chǎn)生的沉降位移最小，應(yīng)力最大，沉降為全斷面法施工的0.46倍，是上下臺(tái)階法施工的0.75倍，當(dāng)隧道跨度很大，地表沉降要求嚴(yán)格、圍巖條件較差、上下臺(tái)階法難以控制圍巖變形時(shí)，可采用CD法。 (3)提出了基于線性組合模型的灰色控制方程，對(duì)D1K923+730斷面的拱頂沉降、水平收斂、仰拱沉降進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，灰色控制方程預(yù)測(cè)值分別為79.2mm、9.2mm、20.9mm。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，該斷面的實(shí)測(cè)值分別為74.3mm、9.2mm、18.6mm，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值基本吻合，采用灰色控制方程可以準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)圍巖的位移。通過(guò)灰色速率方程和灰色位移方程的有機(jī)結(jié)合，可以準(zhǔn)確的評(píng)判圍巖穩(wěn)定性，確保施工安全。 (4)劉家莊隧道的拱頂沉降、邊墻水平收斂和仰拱沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的位移分別為85mm、15mm和35mm，趨于穩(wěn)定的時(shí)間為45天，可將此值作為劉家莊隧道灰色控制方程的位移極限值，通過(guò)灰色控制方程的判斷分析，穿越煤層段的隧道處于危險(xiǎn)狀態(tài)，建議立即采取加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)或改變開(kāi)挖方式等工程措施控制圍巖變形。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U455.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2564200