大跨度隧道施工方法數(shù)值模擬與動力響應(yīng)分析研究.pdf

1、隨著大跨度隧道建設(shè)的不斷涌現(xiàn)，所遇到的問題也越來越多，比如現(xiàn)行的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范已經(jīng)不能滿足大跨度隧道設(shè)計(jì)與施工的需要了，但國內(nèi)外有關(guān)的研究成果并不多，可借鑒的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)較小，大跨度隧道的設(shè)計(jì)與施工帶有一定的盲目性。因此，如何進(jìn)一步提高大跨度隧道的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，是目前急需解決的問題。解決這問題的關(guān)鍵是要對大跨度隧道的開挖與支護(hù)過程進(jìn)行研究，獲取大跨度隧道在不同的施工方法過程中隧道圍巖與支護(hù)體系的力學(xué)性狀信息，為大跨度隧道設(shè)計(jì)與施工提

2、供依據(jù)和指導(dǎo)。為此本論文進(jìn)行大跨度隧道施工方法數(shù)值模擬及隧道的爆破地震動力響應(yīng)分析研究，該研究不僅具有理論價值，而且具有重要的工程意義。 本論文在前人的研究成果的基礎(chǔ)上，以燕前二號大跨度隧道(跨度：23.32m)為研究對象，運(yùn)用彈塑性理論、動力學(xué)原理以及數(shù)值分析方法對大跨度隧道施工方法數(shù)值模擬及隧道的爆破地震動力響應(yīng)進(jìn)行了研究，主要取得的研究成果有： (1)利用彈塑性理論和有限元法基本理論，建立了燕前二號隧道平面彈塑性有

3、限元模型以及彈塑性屈服準(zhǔn)則。采用ANSYS軟件，對V級圍巖中的CD法和CRD法以及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的開挖施工過程進(jìn)行了動態(tài)數(shù)值模擬研究，得到了三種工法每一步開挖過程中的圍巖應(yīng)力場、位移場、彎矩、剪力以及軸力的變化情況，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析，比較了三種開挖工法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時綜合考慮安全性以及經(jīng)濟(jì)性，得到對于燕前二號隧道采用CRD工法是比較科學(xué)合理的，該研究成果與結(jié)論為燕前二號隧道的設(shè)計(jì)和施工提供了依據(jù)。 (2)運(yùn)用彈塑性理論、結(jié)

4、構(gòu)動力學(xué)和數(shù)值分析方法，進(jìn)行了在爆破荷載作用下的隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)研究，結(jié)果表明：在小凈距隧道的施工中，后行修建隧道爆破開挖將對先修隧道產(chǎn)生極大的影響，影響最大的部位是先修隧道的迎爆側(cè)，迎爆側(cè)峰值速度、峰值加速度是另一側(cè)爆破側(cè)峰值速度、峰值加速度的幾倍到幾十倍，而且迎爆側(cè)峰值位移大于另一側(cè)峰值位移，說明在施工過程中，迎爆側(cè)是隧道爆破地震效應(yīng)最強(qiáng)烈的部位，應(yīng)重點(diǎn)對迎爆側(cè)進(jìn)行監(jiān)控；計(jì)算實(shí)例各個隧道特征點(diǎn)的應(yīng)力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圍巖結(jié)構(gòu)的極

5、限承載力，可以得出爆破產(chǎn)生的應(yīng)力對圍巖襯砌結(jié)構(gòu)影響較?。幌刃行藿ㄋ淼莱跗谥ёo(hù)結(jié)構(gòu)對隧道動力響應(yīng)控制有一定的效果，尤其對低類別圍巖效果較為明顯；在后建隧道爆破開挖前，先建隧道應(yīng)進(jìn)行支護(hù)，形成封閉結(jié)構(gòu)，有利于減小爆破振動的影響。 (3)基于在側(cè)向爆荷下巖洞在厚度為跨度三分之一圍巖中具有厚壁受彎構(gòu)件的力學(xué)特征，而在該圍巖區(qū)外即基本上接近自由場應(yīng)力狀態(tài)這一結(jié)論，用厚板理論方程在自由場壓力的外載下進(jìn)行求解，地下結(jié)構(gòu)與圍巖動力相互作用，可用