基于卸荷效應(yīng)淺埋區(qū)間隧道圍巖支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究

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1、學(xué)校代碼10530學(xué)號(hào)201230131819分類號(hào)U25密級(jí)碩士學(xué)位論文基于卸荷效應(yīng)淺埋區(qū)間隧道圍巖支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究學(xué)位申請(qǐng)人呂鵬指導(dǎo)教師印長(zhǎng)俊副教授學(xué)院名稱土木工程與力學(xué)學(xué)院學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)工程研究方向巖土工程二○一五年五月StudyonShallow-buryingRunningTunnelRockSupportingParametersOptimizationbyUnloadingTheoryCandidateLvPengSupervisorAssociateProfessorYinChangjunCol

2、legeCollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgramStructuralEngineeringSpecializationGeotechnicalEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2015湘潭大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加從標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他

3、個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中ｙｊｌ明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。■作者簽名；曰期年月曰＾學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湘潭大學(xué)可Ｗ將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)

4、定處理。作者簽名曰期：如咬年＾月ｇ曰導(dǎo)師簽名：日期：月個(gè)日菱摘要目前，我國(guó)是人口大國(guó)，自然資源相對(duì)匱乏，人均自然資源占有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)達(dá)國(guó)家人均值。為了能夠?qū)崿F(xiàn)中國(guó)偉大復(fù)興夢(mèng)，務(wù)必要科學(xué)合理、可持續(xù)性利用有限的自然資源。近幾年，我國(guó)城市地鐵運(yùn)輸線網(wǎng)得到蓬勃發(fā)展，每年所消耗的建筑材料量也持續(xù)攀升。如何做到既滿足工程安全要求又節(jié)約工程材料成本是個(gè)急需解決的問(wèn)題。當(dāng)前主流地鐵區(qū)間隧道設(shè)計(jì)為運(yùn)用工程類比法在滿足一定界限下進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，而后進(jìn)行支護(hù)參數(shù)驗(yàn)算的二次設(shè)計(jì)，這種糾錯(cuò)式的設(shè)計(jì)方法缺乏合理的設(shè)計(jì)依據(jù)。

5、目前，該設(shè)計(jì)法常見(jiàn)于隧洞設(shè)計(jì)中，其并沒(méi)有充分發(fā)揮圍巖自穩(wěn)與支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)作用，圍巖支護(hù)參數(shù)優(yōu)化空間明顯。本文依托在建的青島地鐵一期M3號(hào)線工程，基于隧道支護(hù)理論分析和試驗(yàn)段施工現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)參數(shù)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)量測(cè)成果，結(jié)合采用FLAC3D數(shù)值計(jì)算和正交試驗(yàn)方法，對(duì)M3號(hào)線區(qū)間隧道在考慮開(kāi)挖卸荷效應(yīng)下對(duì)主要等級(jí)圍巖進(jìn)行支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)論有：1）依托青島地鐵一期M3號(hào)線工程，對(duì)區(qū)段隧道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：圍巖壓力、錨桿應(yīng)力、鋼拱架應(yīng)力及初支變形在施工過(guò)程中呈先增長(zhǎng)后趨于穩(wěn)定變化趨勢(shì)；各

6、監(jiān)測(cè)量的變化是距試驗(yàn)斷面<14m施工范圍內(nèi)掌子面開(kāi)挖影響的疊加，各量測(cè)值較小，提出支護(hù)參數(shù)優(yōu)化可行性。2）將隧道施工過(guò)程劃分為四個(gè)階段：超前支護(hù)階段、當(dāng)前施工步開(kāi)挖階段、當(dāng)前施工步支護(hù)階段和前期施工步支護(hù)階段，并考慮當(dāng)前施工步開(kāi)挖階段存在圍巖卸荷效應(yīng)。運(yùn)用FLAC3D數(shù)值模擬對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明：考慮當(dāng)前施工步開(kāi)挖階段圍巖應(yīng)力釋放45%，模擬計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果值符合良好；掌子面影響范圍向前影響距離<4m，向后影響距離<14m；考慮卸荷效應(yīng)時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系上的作用效應(yīng)將為不考慮卸荷效應(yīng)時(shí)的60%。3

7、）運(yùn)用正交試驗(yàn)方法，針對(duì)初支噴層厚度、錨桿長(zhǎng)度、錨桿間距、鋼拱架間距、等效小導(dǎo)管厚度這五個(gè)關(guān)鍵支護(hù)因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，對(duì)隧道安全性影響程度依次為：噴層厚度>等效超前小導(dǎo)管厚度>鋼拱架間距>錨桿間距>錨桿長(zhǎng)度；最優(yōu)優(yōu)化支護(hù)參數(shù)為噴層為：150mm、錨桿長(zhǎng)度為3.0m、錨桿間距為1.5m、格柵鋼架間距為1.25m、小超前小導(dǎo)管等效厚度150mm；優(yōu)化后的每米支護(hù)參數(shù)材料總成本比原設(shè)計(jì)參數(shù)成本約減小1092.64元，節(jié)約總成本21%。關(guān)鍵詞：區(qū)間隧道；開(kāi)挖卸荷；FLAC3D；正交試驗(yàn)；參數(shù)優(yōu)化IAbstra

8、ctWiththeconditionofalargepopulationandlackofresource,theresourcepercapitaofourcountryismuchlessthanthedevelopedcountries.Inordertomaintainasustainabledevelopmentandcreateaharmonioussociety,itisimporta