【博士】上下交叉隧道近接施工力學原理及對策研究【2007】

內容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度： 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昆鐵路手扒巖隧道近接工程，綜合運用調查研究、數(shù)值分析、現(xiàn)場測試和經驗類比方法，在歸納總結和批判吸收的基礎上，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沉降曲線經驗公式，以既有線路軌道容許變位和既有結構容許應力為依據(jù)，確定了沉降閾值；運用既有結構物強度準則結合鐵路隧道健康狀況等級確定應力增量閾值；并基于風險管理理念，確定了不同研究方法應采用的控制標準?！　?、采用三維有限元法對引水隧洞下穿鐵路隧道進行研究，分析了鐵路隧道結構的應力增量、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，鐵路隧道將產生扭轉變形；根據(jù)沉降和應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構進行安全檢算，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果的正確性。　　3、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生的振動速度大于相同距離處遠離時產生的振動；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)值分析結果得到了較好吻合?！　?、鐵路隧道中列車機車第1個轉向架位于正上方時，引水隧洞結構產生的豎向位移、壓力均最大，之后呈簡諧波的動力響應；案例的檢算結果表明，靜力是控制荷載，且結構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，但有應力集中；下穿隧道建成后，既有隧道交叉段的地震響應得到改善?！　?、以既有隧道應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．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，并采用插值法預測影響范圍。　　7、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，得到了既有隧道應力增量與新建隧道拱頂下沉的關系，進一步得到了與新建隧道預留變形量折扣率的關系；通過分段組合措施工況研究，得到了既有隧道應力增量和新建隧道拱頂下沉與掌子面距離的關系曲線；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?！　?、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系式，推導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)振動速度和主應力與新建隧道掌子面關系曲線、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?！　?、編制了上下交叉隧道近接影響預測程序，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測，并選取相應的對策措施?！　?

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