大跨扁平連拱隧道施工時(shí)空效應(yīng)與二次襯砌最佳支護(hù)時(shí)機(jī)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(shè)計(jì)上具有開挖跨度大和斷面扁平的特點(diǎn)，為大跨扁平連拱隧道；另一方面，在施工過(guò)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(dòng)，襯砌結(jié)構(gòu)也將受施工的多次影響，因此，其受力和變形極為復(fù)雜，施工時(shí)空效應(yīng)和二次襯砌支護(hù)時(shí)機(jī)與四車道連拱隧道或分離式隧道存在較大的差異，這導(dǎo)致隧道在施工過(guò)程中容易發(fā)生圍巖坍塌、襯砌開裂等質(zhì)量安全事故。論文結(jié)合廣東省交通科技

2、計(jì)劃資助項(xiàng)目“大斷面連拱隧道設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)研究”(200700021)，以廣(州)賀(州)高速公路六車道連拱隧道為依托，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)試、相似模型試驗(yàn)、三維數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析等多種手段，對(duì)大跨扁平連拱隧道施工時(shí)空效應(yīng)與二次襯砌最佳支護(hù)時(shí)機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 1、對(duì)依托工程施工過(guò)程中的位移-時(shí)間關(guān)系、位移-空間關(guān)系、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力-時(shí)空關(guān)系等進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和統(tǒng)計(jì)、回歸分析，并進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí)空效應(yīng)的實(shí)際發(fā)展規(guī)律，指導(dǎo)了依托工程的設(shè)計(jì)與施工，同時(shí)得到了圍巖主要力學(xué)參數(shù)，為模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬提供了依據(jù)。
　　 2、利用“公路隧道結(jié)構(gòu)與圍巖綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，對(duì)大跨扁平連拱隧道在不同圍巖級(jí)別與不同開挖方案條件下的施工全過(guò)程進(jìn)行了相似模擬試驗(yàn)，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(guò)程，并對(duì)施工全過(guò)程中的位移、應(yīng)力隨開挖步、空間的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了分析。對(duì)于開挖前的先期位移釋放率和開挖前的應(yīng)力釋放率，兩者基本相當(dāng)，其中Ⅳ級(jí)圍巖約為15～20％，Ⅴ級(jí)圍巖約為20～25％。
　　 3、對(duì)大跨扁平連拱隧道Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖開挖時(shí)空效應(yīng)以及Ⅳ級(jí)圍巖復(fù)合式曲中墻動(dòng)態(tài)施工過(guò)程進(jìn)行了三維有限元數(shù)值模擬，分析了圍巖位移、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、屈服接近度等隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律，以及復(fù)合式曲中墻的動(dòng)態(tài)施工力學(xué)行為，得

5、到了各級(jí)圍巖條件下開挖當(dāng)前步位移與開挖前掌子面先期位移釋放率。
　　 4、在最佳支護(hù)時(shí)機(jī)理論分析的基礎(chǔ)上，提出了以“支護(hù)抗力最小”為原則，基于支護(hù)抗力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的二次襯砌支護(hù)時(shí)機(jī)確定方法。同時(shí)，根據(jù)依托工程實(shí)測(cè)研究，對(duì)于大跨扁平連拱隧道Ⅴ級(jí)圍巖，得出了“位移釋放比87％，變形速率0.11mm/d”的支護(hù)時(shí)機(jī)確定準(zhǔn)則。
　　 5、對(duì)于大跨扁平連拱隧道Ⅴ級(jí)圍巖，分別利用支護(hù)抗力、變形速率、極限位移、粘彈塑性有限元等四種方法進(jìn)行