【摘要】：隨著人們對地下空間認識的提高,越來越多的城市地鐵、地下綜合管廊和地下街等隧道建設項目涌現(xiàn)出來,目前關于復雜隧道的研究主要集中在平行、交叉和分岔等類型的隧道,對于黃土分岔隧道交叉段的研究還較少,主要體現(xiàn)在:交叉隧道的設計施工,主要依靠普通隧道的設計施工規(guī)范進行,沒有一套完整的、針對黃土分岔隧道特征的理論和方法。因此,有必要對黃土分岔隧道開挖過程中圍巖和初期支護鋼拱架的受力變形規(guī)律進行研究。本文針對黃土分岔隧道交叉段的開挖效應,采用模型試驗和數(shù)值分析的手段,研究圍巖壓力的變化規(guī)律、鋼拱架應變變化特征、圍巖位移規(guī)律和襯砌應力分布特征,主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)總結(jié)了近年來國內(nèi)外一些學者對平行雙洞隧道、立體交叉隧道、小凈距隧道和分岔隧道等復雜隧道形式的研究成果,設計制造了大尺寸模型試驗系統(tǒng),進行了黃土分岔隧道交叉段在初期支護鋼拱架存在條件下的開挖模擬試驗,研究開挖過程中圍巖及鋼拱架的受力變形規(guī)律。(2)通過試驗獲得的圍巖應力監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析主洞開挖、岔洞開挖過程中,與交叉口距離不同的位置處圍巖應力的變化情況,對比主洞和岔洞開挖的相互影響,分析開挖結(jié)束后圍巖理論應力釋放率。試驗分析結(jié)果闡明:掌子面對圍巖的影響范圍在掌子面前后1.75~2.25D(D為隧道跨徑),主洞開挖對圍巖深部應力的影響范圍約1.25D,岔洞掌子面距離交叉口1.5D以內(nèi)時主洞圍巖受影響,隧道交叉口附近的圍巖理論應力釋放率最高。(3)利用有限差分程序FLAC~(3D),建立了交叉隧道的三維數(shù)值模型,并對施工過程進行了模擬,分析施工過程中圍巖的變形規(guī)律得出:交叉隧道貫通后,交叉口上方地表產(chǎn)生沉降坑,沉降坑的形狀不規(guī)則,后開挖段的總沉降量大于先開挖段;隧道內(nèi)圍巖位移方向都是朝洞內(nèi)方向,同一斷面內(nèi)拱頂總沉降量最大,直墻水平收斂值在距離直墻頂約1/4墻高的位置最大;為減小交叉口附近的圍巖位移,可縮短開挖進尺、及時支護。(4)對比試驗和數(shù)值模擬結(jié)果,分析鋼拱架應變變化特征和襯砌應力分布規(guī)律得出:鋼拱架拱頂、拱肩、墻腰和底部都向隧道內(nèi)變形,交叉口處鋼拱架變形更嚴重,且在同一斷面中拱頂和底部的總應變變化值較大。無仰拱時,襯砌在墻腳和交叉口底部的應力集中度最高,且襯砌底部產(chǎn)生拉應力、壓應力呈條帶狀交錯分布的現(xiàn)象,受力狀態(tài)極差,最容易發(fā)生結(jié)構破壞。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U455.4
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論1.1 研究背景及意義在國民經(jīng)濟繼續(xù)保持穩(wěn)速增長的今天，中國特色社會主義已然進入到了新時代。地下工程越來越多的出現(xiàn)在國防、能源、水利、交通和房地產(chǎn)等行業(yè)的建設中，其中的問題和困難也隨之而來，對地下工程的設計者和建造者都提出了更高的要求。在各種類型的地下工程中，以隧道工程最為突出：一是近年來城市地鐵、地下綜合管廊、公路和鐵路隧道、跨江和跨海峽隧道等的快速發(fā)展，隧道建設總量大，并且仍然有很大的發(fā)展空間；二是在隧道設計、建設過程中，常常面臨著艱難的地質(zhì)條件、惡劣的修建環(huán)境以及嚴苛的質(zhì)量要求等挑戰(zhàn)，促使人們不斷的提出新的理論、方法、技術和裝備等來克服各種各樣的難題[1]。

圖 2-1 模型箱結(jié)構圖（單位：mm）了便于模型的開挖、觀察圍巖位移變化并實時進行拍照和攝像，模型箱選玻璃板作為內(nèi)側(cè)板材，如圖 2-所示，其厚度選擇為 20mm，單塊有機玻璃2.0m×1.5m，共四塊。有機玻璃板彎曲強度可以達到 90~130MPa，拉伸MPa，溫度低于 40℃時強度等性能幾乎沒有變化，材料性能滿足試驗要求圖 2-2 有機玻璃板

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