大跨扁平連拱隧道施工時空效應與二次襯砌最佳支護時機研究.pdf

1、隨著公路交通量的日益增大，六車道連拱隧道開始大量修建，而六車道連拱隧道一方面在設計上具有開挖跨度大和斷面扁平的特點，為大跨扁平連拱隧道；另一方面，在施工過程中，由于其施工工序較多和左右洞施工的相互影響，圍巖將受到多次擾動，襯砌結構也將受施工的多次影響，因此，其受力和變形極為復雜，施工時空效應和二次襯砌支護時機與四車道連拱隧道或分離式隧道存在較大的差異，這導致隧道在施工過程中容易發(fā)生圍巖坍塌、襯砌開裂等質量安全事故。論文結合廣東省交通科技

2、計劃資助項目“大斷面連拱隧道設計施工關鍵技術研究”(200700021)，以廣(州)賀(州)高速公路六車道連拱隧道為依托，通過現(xiàn)場監(jiān)控測試、相似模型試驗、三維數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗、理論分析等多種手段，對大跨扁平連拱隧道施工時空效應與二次襯砌最佳支護時機進行了系統(tǒng)深入的研究，主要研究內(nèi)容包括：
　　 1、對依托工程施工過程中的位移-時間關系、位移-空間關系、支護結構應力-時空關系等進行了現(xiàn)場測試和統(tǒng)計、回歸分析，并進行了基于APDL

3、參數(shù)的優(yōu)化反分析，得到了依托工程圍巖變形、支護結構應力時空效應的實際發(fā)展規(guī)律，指導了依托工程的設計與施工，同時得到了圍巖主要力學參數(shù)，為模型試驗和數(shù)值模擬提供了依據(jù)。
　　 2、利用“公路隧道結構與圍巖綜合實驗系統(tǒng)”，對大跨扁平連拱隧道在不同圍巖級別與不同開挖方案條件下的施工全過程進行了相似模擬試驗，成功地模擬了隧道開挖前掌子面圍巖體內(nèi)部發(fā)生的先期位移和開挖瞬間圍巖體釋放的彈塑性位移以及開挖后圍巖體的蠕變變形，揭示了隧道圍巖三階

4、段變形的全過程，并對施工全過程中的位移、應力隨開挖步、空間的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律進行了分析。對于開挖前的先期位移釋放率和開挖前的應力釋放率，兩者基本相當，其中Ⅳ級圍巖約為15～20％，Ⅴ級圍巖約為20～25％。
　　 3、對大跨扁平連拱隧道Ⅳ級、Ⅴ級圍巖開挖時空效應以及Ⅳ級圍巖復合式曲中墻動態(tài)施工過程進行了三維有限元數(shù)值模擬，分析了圍巖位移、圍巖與支護結構應力、屈服接近度等隨時間和空間的變化規(guī)律，以及復合式曲中墻的動態(tài)施工力學行為，得

5、到了各級圍巖條件下開挖當前步位移與開挖前掌子面先期位移釋放率。
　　 4、在最佳支護時機理論分析的基礎上，提出了以“支護抗力最小”為原則，基于支護抗力現(xiàn)場測試的二次襯砌支護時機確定方法。同時，根據(jù)依托工程實測研究，對于大跨扁平連拱隧道Ⅴ級圍巖，得出了“位移釋放比87％，變形速率0.11mm/d”的支護時機確定準則。
　　 5、對于大跨扁平連拱隧道Ⅴ級圍巖，分別利用支護抗力、變形速率、極限位移、粘彈塑性有限元等四種方法進行