大跨度隧道施工方法數值模擬與動力響應分析研究.pdf

1、隨著大跨度隧道建設的不斷涌現，所遇到的問題也越來越多，比如現行的設計與施工規(guī)范已經不能滿足大跨度隧道設計與施工的需要了，但國內外有關的研究成果并不多，可借鑒的設計與施工經驗較小，大跨度隧道的設計與施工帶有一定的盲目性。因此，如何進一步提高大跨度隧道的設計與施工質量，是目前急需解決的問題。解決這問題的關鍵是要對大跨度隧道的開挖與支護過程進行研究，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體系的力學性狀信息，為大跨度隧道設計與施工提

2、供依據和指導。為此本論文進行大跨度隧道施工方法數值模擬及隧道的爆破地震動力響應分析研究，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上，以燕前二號大跨度隧道(跨度：23.32m)為研究對象，運用彈塑性理論、動力學原理以及數值分析方法對大跨度隧道施工方法數值模擬及隧道的爆破地震動力響應進行了研究，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則。采用ANSYS軟件，對V級圍巖中的CD法和CRD法以及雙側壁導坑法的開挖施工過程進行了動態(tài)數值模擬研究，得到了三種工法每一步開挖過程中的圍巖應力場、位移場、彎矩、剪力以及軸力的變化情況，對計算結果進行了詳細的分析，比較了三種開挖工法的優(yōu)缺點，同時綜合考慮安全性以及經濟性，得到對于燕前二號隧道采用CRD工法是比較科學合理的，該研究成果與結論為燕前二號隧道的設計和施工提供了依據。 (2)運用彈塑性理論、結

4、構動力學和數值分析方法，進行了在爆破荷載作用下的隧道圍巖與支護結構的動力響應研究，結果表明：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生極大的影響，影響最大的部位是先修隧道的迎爆側，迎爆側峰值速度、峰值加速度是另一側爆破側峰值速度、峰值加速度的幾倍到幾十倍，而且迎爆側峰值位移大于另一側峰值位移，說明在施工過程中，迎爆側是隧道爆破地震效應最強烈的部位，應重點對迎爆側進行監(jiān)控；計算實例各個隧道特征點的應力都遠遠小于圍巖結構的極

5、限承載力，可以得出爆破產生的應力對圍巖襯砌結構影響較小；先行修建隧道初期支護結構對隧道動力響應控制有一定的效果，尤其對低類別圍巖效果較為明顯；在后建隧道爆破開挖前，先建隧道應進行支護，形成封閉結構，有利于減小爆破振動的影響。 (3)基于在側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件的力學特征，而在該圍巖區(qū)外即基本上接近自由場應力狀態(tài)這一結論，用厚板理論方程在自由場壓力的外載下進行求解，地下結構與圍巖動力相互作用，可用