大坪里特长隧道NATM施工过程的动态仿真研究.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
大坪里特长隧道NATM施工过程的动态仿真研究
姓名:黄海松
申请学位级别:硕士
专业:道路与铁道工程
指导教师:何漓江
20061107
华中科技大学硕士学位论文
摘要
随着西部大开发战略的加快,公路隧道的修建越来越多。隧道和地下工程的开挖
是一个在时间和空间上不断变化的动态过程,因此对围岩与支护结构稳定性问题的研
究具有一定的理论及实际意义。
本文先总结了山岭隧道施工方法的发展,特别是新奥法,概述了开挖过程的数值
模拟方法,然后系统地阐述和分析了隧道与地下工程开挖过程的力学理论、力学性态
和特点。
接着以大坪里特长隧道为依托,基于两种不同工况条件,按平面应变问题处理,
采用施加初始地应力荷载方法,模拟桩号 K23+900 隧道断面的施工过程。对该过程
中的围岩应力应变情况进行对比分析得出:对深埋隧道,台阶法较全断面法无明显优
势;但若围岩性质较差,台阶法施工明显优于全断面施工。然后基于不同开挖方式,
按空间问题处理,采用多载荷步求解法,模拟桩号 K23+900~936 隧道段施工时的围
岩、初期支护和二次衬砌应力应变的变化过程。经过对比分析得出:不论何种开挖方
式,先开挖部分对后开挖部分的围岩产生扰动较显著;若采取相向同步开挖,拱顶在
隧道交汇前后竖向位移值往往达到最大,且认为该法优于同向同步开挖法。其次再取
桩号 K33+800 的隧道断面,研究弹塑性平面应变下初期支护与二次衬砌间的相互作
用规律得出:衬砌结构间存在不均匀压力,但压力表现的变化态势与隧道衬砌结构类
型有关,且二次衬砌应作为隧道主要的承载结构。
最后根据大坪里隧道开挖工程的特点和拟解决的问题,制定了掌子面超前预报的
初步方案。

关键词:公路隧道; 开挖方法; 施工模拟; 平面分析; 空间分析; 有限元法


本文得到西部科技建设项目(2004 318 000 57)的资助
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
With the acceleration of implementing the Great Western Development Strategy,
constructions of highway tunnel will be more. And the excavation of tunnels and
underground engineering which continuously changes in time and space is a dynamic
process. Therefore, research on the structural stability of country rock and support is
meaningful and of practical significance to highway tunnel excavation.
This paper firstly give a summary of the development of mountain tunnel
construction method,especially NATM;then summarizes numerical simulation of the
excavation process;and then systematically explain the mechanics theory, behavior and
characteristics in the process of excavating the tunnel and underground engineering.
Secondly, depending on a long DaPingLi tunnel, based on two different work
conditions, the construction process of K23+900 tunnel section is simulated by means of
the method of the application of initial ground stress load according to plane strain problem
analysis. paring and analyzing the stress and strain of ground rock at the two
construction process, some conclusi