【博士】上下交叉隧道近接施工力學(xué)原理及對策研究【2007】

內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　本文依托云南省鹽津縣白水江三級電站引水隧洞下穿內(nèi)昆鐵路手扒巖隧道近接工程，綜合運用調(diào)查研究、數(shù)值分析、現(xiàn)場測試和經(jīng)驗類比方法，在歸納總結(jié)和批判吸收的基礎(chǔ)上，對正交或大角度相交、深埋、新建／后修隧道上穿或下穿既有／先修隧道的上下交叉山嶺隧道(礦山法施工)的靜力、動力影響和對策進行研究。研究成果有：　　1、利用Peck沉降曲線經(jīng)驗公式，以既有線路軌道容許變位和既有結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力為依據(jù)，確定了沉降閾值；運用既有結(jié)構(gòu)物強度準則結(jié)合鐵路隧道健康狀況等級確定應(yīng)力增量閾值；并基于風(fēng)險管理理念，確定了不同研究方法應(yīng)采用的控制標準。　　2、采用三維有限元法對引水隧洞下穿鐵路隧道進行研究，分析了鐵路隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力增量、沉降規(guī)律，得到了引水隧洞對鐵路隧道有影響的施工范圍并不關(guān)于鐵路隧道軸線對稱，下穿引水隧洞施工過程中，鐵路隧道將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形；根據(jù)沉降和應(yīng)力增量控制標準確定了兩交叉隧道的相互影響范圍和影響程度，對既有隧道和新建引水隧洞的結(jié)構(gòu)進行安全檢算，并得到了現(xiàn)場監(jiān)測的驗證：證明了采用三維數(shù)值模擬用于研究此類近接問題的可行性和計算結(jié)果的正確性?！　?、采用顯式動力有限元方法分析了爆破振動影響，得到了掌子面靠近既有隧道時產(chǎn)生的振動速度大于相同距離處遠離時產(chǎn)生的振動；考察點和振源連線與水平面夾角為45。是振動速度控制方向的臨界角度等成果。通過爆破振動監(jiān)測實現(xiàn)了信息化爆破施工，使振動速度得到了很好的控制，并與數(shù)值分析結(jié)果得到了較好吻合。　　4、鐵路隧道中列車機車第1個轉(zhuǎn)向架位于正上方時，引水隧洞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向位移、壓力均最大，之后呈簡諧波的動力響應(yīng)；案例的檢算結(jié)果表明，靜力是控制荷載，且結(jié)構(gòu)的疲勞強度滿足要求?！　?、在單個方向地震波作用時，振動(加)速度的最大方向與加載方向一致；垂直于隧道軸線的水平方向振動下的最大響應(yīng)在拱頂，其余均發(fā)生在邊墻；隧道建成后的振動(加)速度有很大程度減小，但有應(yīng)力集中；下穿隧道建成后，既有隧道交叉段的地震響應(yīng)得到改善?！　?、以既有隧道應(yīng)力增量作為判別標準，通過改變兩隧道洞徑：兩隧道凈距、隧道埋深及圍巖級別等參數(shù)，得出既有隧道應(yīng)力增量隨單一參數(shù)改變的規(guī)律，并根據(jù)影響閾值確定兩交叉隧道的相互影響范圍；首次引入可拓學(xué)．物元理論研究隧道近接施工影響，建立了近接影響程度等級判定模型，并采用插值法預(yù)測影響范圍?！　?、將新建隧道對策、中間地層對策和既有隧道對策等分三類進行研究，得到了既有隧道應(yīng)力增量與新建隧道拱頂下沉的關(guān)系，進一步得到了與新建隧道預(yù)留變形量折扣率的關(guān)系；通過分段組合措施工況研究，得到了既有隧道應(yīng)力增量和新建隧道拱頂下沉與掌子面距離的關(guān)系曲線；確定了對策措施選擇原則，提出現(xiàn)場量測項目及斷面和測點布置原則。　　8、在動力影響中，通過新建隧道洞徑、兩隧道凈距、進尺長度、起爆方式和圍巖級別等的改變，得出炸藥藥量、考察點至爆源距離、圍巖級別三個因素與振動速度的關(guān)系式，推導(dǎo)了隧道開挖爆破振動速度計算公式，并可通過變換公式計算工況的振動速度、允許進尺長度及安全距離等；根據(jù)振動速度和主應(yīng)力與新建隧道掌子面關(guān)系曲線、控制標準作出變軌曲線，進而確定不同爆破參數(shù)適用的范圍；提出了對策確定原則、爆破振動監(jiān)測項目及斷面和測點布置原則。　　9、編制了上下交叉隧道近接影響預(yù)測程序，可對上下交叉隧道的靜力、動力影響程度和影響范圍進行預(yù)測，并選取相應(yīng)的對策措施。　　

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