地鐵隧道圍巖與支護相互作用的時空效應(yīng).pdf

1、隧道工程本身具有造價高、涉及問題復(fù)雜等特點，一直以來受到學(xué)者們廣泛關(guān)注。本文將隧道工程按研究對象劃分為以下兩類:一類是隧洞內(nèi)部的研究，這類研究對象主要包括在隧道開挖過程中圍巖的應(yīng)力、位移變化和由此產(chǎn)生的支護受力和變形；另一類則是隧道開挖對臨近地下構(gòu)筑物、上部地層中管線和地表建(構(gòu))筑物的影響。這兩類問題隨著地層巖土體物理特性的不同、開挖循環(huán)的時空效應(yīng)的變化而變得復(fù)雜。長期以來學(xué)者們對隧道時空效應(yīng)進行分析和研究并取得了非常多的成果，但在實

2、際隧道工程中無論是隧洞內(nèi)部還是地表仍有事故發(fā)生。因此，隧道開挖過程中圍巖和支護相互作用的時空效應(yīng)有待進一步研究。本文采用理論分析、現(xiàn)場監(jiān)控量測和數(shù)值模擬等方法對隧道開挖過程中圍巖和支護相互作用的時空效應(yīng)進行了分析研究，主要工作如下：
　　1)進行理論分析，闡述約束收斂法的基本原理。在三維空間中，由于目標(biāo)斷面掌子面的存在，圍巖受到掌子面提供的虛擬力的作用，在即使忽略圍巖蠕變影響的情況下，應(yīng)力和位移也未完全釋放。隨著開挖面的推進，掌子

3、面提供的虛擬力逐漸消失，圍巖應(yīng)力位移得到進一步釋放，然而在這一過程中伴隨著支護的架設(shè)和開始發(fā)揮作用，使得圍巖和支護達到一個新的平衡狀態(tài)。本文將掌子面提供的虛擬力作為聯(lián)系環(huán)節(jié)，利用虛擬力與圍巖和襯砌應(yīng)力位移之間的關(guān)系編制matlab程序，通過計算程序繪制特性曲線和襯砌安全因子來分析研究隧道開挖的時空效應(yīng)，并通過改變關(guān)鍵參數(shù)（開挖進尺、開挖循環(huán)時間、隧道半徑和圍巖力學(xué)參數(shù)）的取值來對隧道開挖的時空效應(yīng)進行一個綜合探討。
　　2)理論分

4、析的研究對象為圓形隧道，而且將三維問題簡化為平面去計算。對于三維空間中其他形狀如馬蹄形隧道，用理論計算的方法得到它精確的解析解比較困難。本文第二個方面是依托重慶市軌道交通六號線二期工程金山寺至嘉陵江南橋頭區(qū)間隧道開挖這一工程，對實際工程圍巖和支護相互作用力、圍巖和支護變形及地表沉降進行監(jiān)控量測，同時采用數(shù)值模擬的方法對其進行分析研究，借助有限元軟件abaqus強大的非線性分析能力，模擬實際隧道某區(qū)間段的開挖過程來研究這一過程中圍巖應(yīng)力位