【摘 要】
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软岩隧道围岩稳定性差,易受施工扰动产生变形,当隧道由小断面段突变到大断面段时,形成变截面错台位置,该位置围岩易发生应力集中,围岩及支护结构的受力和变形复杂,在施工过程中易发生局部坍塌等问题。研究软岩变截面隧道围岩及支护结构的施工力学特性对指导隧道安全施工具有重要的工程意义。本文依托某山洞实验室隧道工程,采用理论分析、现场试验和数值模拟的方法,研究隧道施工过程中变截面处围岩应力和位移、支护结构内力的
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软岩隧道围岩稳定性差,易受施工扰动产生变形,当隧道由小断面段突变到大断面段时,形成变截面错台位置,该位置围岩易发生应力集中,围岩及支护结构的受力和变形复杂,在施工过程中易发生局部坍塌等问题。研究软岩变截面隧道围岩及支护结构的施工力学特性对指导隧道安全施工具有重要的工程意义。本文依托某山洞实验室隧道工程,采用理论分析、现场试验和数值模拟的方法,研究隧道施工过程中变截面处围岩应力和位移、支护结构内力的变化规律,并对开挖方法和支护结构参数进行优化分析。主要的研究工作和成果如下:（1）对隧道变截面附近的五个断面的实测数据整理分析,研究拱顶沉降和水平收敛的位移时程曲线的变化规律。采用三种函数模型对实测数据进行回归拟合分析,结果表明双曲线函数的拟合精度最高,能够较好的拟合实测数据的变化规律,因此采用该函数模型预测围岩最终变形量和二衬最佳施作时机。（2）利用有限元软件Midas/GTS建立软岩隧道变截面段的数值计算模型,分析围岩的承载能力和初期支护结构的内力,总结变截面处围岩应力及位移的变化规律,将数值计算结果和实测数据对比,验证计算模型的可靠性。（3）对开挖方法和支护结构参数优化分析,结果显示:围岩的位移随开挖进尺的增大而增大,开挖进尺越大增幅越大,可通过减小开挖进尺来控制围岩变形;随着台阶长度的增大,围岩的位移增大,但增幅不大;随着喷射混凝土的厚度增大,围岩的位移减小,但喷混厚度增大到一定范围时,再增大喷射混凝土厚度,围岩变形量减小幅度很小;随着钢拱架的几何截面积增大,围岩变形量减小幅度很小。
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