论文部分内容阅读
本论文依托湖北省交通厅重点科研项目"高速公路复杂地层双联拱隧道施工控制工艺研究与应用",根据目前国外大跨度联拱隧道的科研现状和国内联拱隧道的科研、设计和施工技术水平,对"襄(樊)~十(堰)"高速公路襄(樊)武(当山)段三条联拱隧道(秦家沟、徐家湾和梅子沟隧道)通过理论分析、优化设计、现场监测、三维快速拉格朗日差分法(FLAC<3D>)分析及隧道施工工序的"动态施工力学"研究,得出了一系列研究成果和相关结论建议.首先,本论文阐述了"襄~十"高速公路双联拱隧道的工程概况和工程及水文地质条件,作为隧道设计方法和施工工艺的前提及数值模拟分析中围岩参数取值的依据,并对隧道围岩的质量和稳定性进行了评价.第二,高速公路联拱隧道作为一种独特的工程结构,它与其它形式的隧道结构有其独有的特征,本论文就其主要技术问题进行了详细分析.第三,围岩稳定性是隧道设计和施工建设关心的核心问题,也是岩石工程中最难解决、理论基础最薄弱的一类重大问题.本论文在分析影响隧道围岩稳定性的诸因素的基础上,根据弹性理论、弹塑性理论及粘弹塑性理论就围岩体处于各阶段的应力场及位移场分布特性进行了深入研究.第四,根据开挖后围岩不同深度径向应变随时间变化关系,作者提出了,支护的首要任务应是加固松弛变形十分明显、应力集中系数较大、围岩C、Ф值大幅度下降的浅层围岩第一张拉域(0~2.5m范围内).并在支护设计时充分利用第一压缩域,实现围岩自稳.第五,根据初期支护(锚喷支护、型钢拱架)作用机理及其设计参数的确定研究,作者提出了物理力学参数与围岩体的"耦合"设计概念,以达到安全与经济的目的.第六,在二次衬砌的作用机理及其设计参数的研究中,作者坚持二次衬砌承受初期支护后期因围岩的"蠕变"及其它原因而逐渐增加的部分荷载观点,而不仅仅起到安全储备作用和"饰面"的作用,并且在软岩隧道中,其承受的荷载有可能还远大于初期支护所承受的荷载.第七,针对复杂地层条件下双联拱结构的稳定性、围岩与支护结构的受力特性等进行理论分析后,论文阐述了襄武段双联拱隧道的断面、洞口、支护结构、中隔墙及防排水等设计方法.第八,论文采用三维显式有限差分法程序FLAC<3D>对联拱隧道开挖过程进行了模拟分析,得出了各施工阶段围岩应力场及位移场的分布形态.第九,在对联拱隧道三种施工方案(无导洞法、单导洞法、三导洞法)进行对比分析后,得出了在围岩体条件较差的情况下联拱隧道采用"三导洞法"开挖是最优方案.最后,本论文创新性地提出了根据联拱隧道不同部位重要性及破坏的容易程度赋予相应的权重,再结合不同施工工序形成的隧道围岩体塑性区大小作为收益函数进行"动态施工力学"的研究,并应用于襄武段联拱隧道的设计与施工,具有较高的可靠性和借鉴意义.总之,本论文采用新理论、新方法,系统地对联拱隧道围岩体稳定性及空间支护结构作用机理和作用效果以及施工工序的优化问题等方面进行了系统的研究,取得了创新性成果,论文与工程紧密结合,立足于理论研究,指导与反馈于生产实践,具有较强的现实意义和较高的参考价值.