小净距变截面分岔隧道扩挖及相向开挖力学特性研究

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小净距分岔隧道由主隧道段、大拱段、小净距段等组成,同时具备大跨度、连拱、小净距隧道的特征,支护结构的受力转换比较复杂。目前国内外针对破碎围岩条件下小净距分岔隧道的理论推导、数值模拟及实践应用还处于探索阶段,缺少相应的技术规范和施工经验。因此,研究小净距分岔隧道的施工过程具有举足轻重的作用,在此基础上分析隧道开挖的安全性,给出相应的施工优化方案,为相应的工程提供必要的经验。本文以贵阳东站S1、S2线区间隧道为依托,建立三维数值计算模型,分析不同开挖工法、关键工序时隧道周边围岩的稳定性及衬砌的受力特征。主要研究内容如下:(1)通过数值分析,研究了隧道断面由小变大、横向扩挖+反向扩挖时变形规律及受力特征,对比了拆撑前后对变截面处衬砌的受力区别,并就地质强度指标及支护参数进行了影响分析。(2)通过对隧道渡线段施工的数值模拟,分析了围岩的变形及高速公路地表沉降随施工的变化规律,对渡线区域两个不同宽度的中岩柱对该处中岩柱的变形及应力分布进行了研究,同时研究了不同岩柱加固方案对围岩变形及初支结构受力特点的影响,并比选得到最优中岩柱加固方案。(3)基于极限平衡法,建立相向开挖掌子面稳定理论分析模型,并确定模型的适用性,针对不同预留岩柱长度及无支护段长度的相向开挖隧道展开研究,分析土体参数(粘聚力、内摩擦角)、高宽比及埋深比等参数对相向开挖掌子面稳定性的影响,通过对比理论解与模拟解来验证模型的正确性。(4)从施工过程力学角度,对大跨度隧道采用双侧壁导坑法的相向开挖施工工序进行了更深的稳定性分析,并进一步研究了不同预留中岩柱长度、不同支护参数及不同掌子面间距等参数对隧道拱顶围岩及掌子面失稳破坏的影响。
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