隧道施工過程數(shù)值仿真及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著隧道工程在我國的廣泛建設(shè)，隧道施工中暴露出支護(hù)參數(shù)確定難、初期支護(hù)與二次襯砌施作時機(jī)選擇難等問題。本文以廣深港高速鐵路大嶺山隧道為研究對象，針對隧道施工過程中的支護(hù)時機(jī)及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容如下： （1）隧道施工過程有限元數(shù)值模擬。結(jié)合巖土材料的非線性特性，闡述了隧道施工過程計算理論及數(shù)值模擬方法。根據(jù)有限元建模理論，通過對物理力學(xué)參數(shù)、計算范圍、邊界條件、單元類型、材料本構(gòu)關(guān)系及初始地應(yīng)力的確定，

2、建立了隧道平面幾何模型； （2）隧道支護(hù)時機(jī)優(yōu)化的研究。闡述了隧洞圍巖變形破壞機(jī)理及圍巖與支護(hù)體相互作用的機(jī)理，說明了進(jìn)行支護(hù)時機(jī)選擇的必要性，根據(jù)最佳支護(hù)時機(jī)的物理意義確定了最佳支護(hù)時間和最佳支護(hù)時段。運用ADINA有限元軟件對隧道典型斷面的施工過程進(jìn)行模擬，得出圍巖和支護(hù)體系在不同圍巖釋放荷載比例下不同支護(hù)時機(jī)的力學(xué)分布規(guī)律及圍巖的塑性變形、位移場分布規(guī)律，判定了最佳支護(hù)時段； （3）隧道襯砌支護(hù)強度優(yōu)化的研究。制定

3、了5個方案對一襯及二襯的混凝土強度進(jìn)行優(yōu)化，通過對初次支護(hù)、二次襯砌的力學(xué)分析，得出合理支護(hù)時間下一襯、二襯的混凝土強度優(yōu)化方案。通過比較合理支護(hù)時機(jī)時圍巖和支護(hù)體系的受力分析，確定了最佳支護(hù)時間。 研究結(jié)果表明：支護(hù)越早，襯砌和錨桿承擔(dān)的荷載越大，圍巖的塑性變形和塑性區(qū)范圍越小。及時施作二次襯砌，可以顯著地控制和改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。合理的支護(hù)時機(jī)有利于最大程度的發(fā)揮圍巖自承載能力，充分調(diào)動支護(hù)體系的作用，使二次支護(hù)系統(tǒng)的抗力降