偏壓軟弱圍巖大斷面隧道施工變形控制及穩定性分析.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行數值模擬,通過三種不同開挖方案的優化分析,得到了圍巖和支護結構的應力應變規律,結合現場監控量測資料,應用灰色控制方程對隧道圍巖的穩定性進行評判,提出了相應施工變形控制措施。論文的主要研究內容為:
　　(1)運用ABAQUS模

2、擬隧道開挖過程,發現初次襯砌的拱腳處產生了應力集中,上半斷面底部發生了顯著的擠出變形,在拱頂上方出現了應力釋放區;當下臺階開挖支護后,在邊墻和拱腳處出現應力集中,在底部出現了應力釋放區,而在拱頂未發生顯著變化。整個隧道開挖過程中,初級支護的應力最大值發生在支護結構邊墻和拱腳處,初級支護的應力最小值發生在下臺階底部,洞室周邊應力影響范圍為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,洞室周圍產生的沉降最大,應力最小。應力最大值為CD開挖方法最大值的0.37倍。當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定性,其最大沉降值是全斷面開挖方法的0.57倍,應力最大值是CD開挖方法最大值的0.39倍。③CD法施工,洞室周圍產生的沉降位移最小,應力最大,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,當隧道跨度很大,地表沉降要求嚴格、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、仰拱沉降進行模擬預測,灰色控制方程預測值分別為79.2mm、9.2 mm、20.9 mm。通過現場監控量測,該斷面的實測值分別為74.3mm、9.2 mm、18.6 mm,預測值與實測值基本吻合,采用灰色控制方程可以準確的預測圍巖的位移。通過灰色速率方程和灰色位移方程的有機結合,可以