偏壓軟弱圍巖大斷面隧道施工變形控制及穩(wěn)定性分析.pdf

1、近年來,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)定性問題已成為隧道工程研究的重點。論文以在建滬昆客運專線劉家莊隧道為背景,采用有限元軟件ABAQUS對偏壓軟弱圍巖大斷面隧道的施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬,通過三種不同開挖方案的優(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)場監(jiān)控量測資料,應(yīng)用灰色控制方程對隧道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評判,提出了相應(yīng)施工變形控制措施。論文的主要研究內(nèi)容為:
　　(1)運用ABAQUS模

2、擬隧道開挖過程,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)下臺階開挖支護(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。整個隧道開挖過程中,初級支護(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,初級支護(hù)的應(yīng)力最小值發(fā)生在下臺階底部,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)通過對隧道三種施工

3、方法對比可知: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開挖方法最大值的0.37倍。當(dāng)工程容許有較大變形時,可以采用全斷面法施工。②上下臺階法施工,能較好的控制開挖面的穩(wěn)定性,其最大沉降值是全斷面開挖方法的0.57倍,應(yīng)力最大值是CD開挖方法最大值的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

4、件較差、上下臺階法難以控制圍巖變形時,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,灰色控制方程預(yù)測值分別為79.2mm、9.2 mm、20.9 mm。通過現(xiàn)場監(jiān)控量測,該斷面的實測值分別為74.3mm、9.2 mm、18.6 mm,預(yù)測值與實測值基本吻合,采用灰色控制方程可以準(zhǔn)確的預(yù)測圍巖的位移。通過灰色速率方程和灰色位移方程的有機(jī)結(jié)合,可以