浅覆软弱围岩超前管棚预支护作用机理研究

发布时间：2017-11-01 13:11

  本文关键词：浅覆软弱围岩超前管棚预支护作用机理研究

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【摘要】：随着我国经济的飞速发展,我国的高速铁路、高速公路及城市地铁等基础设施建设也进入了一个高速发展的时期。在进行这些基础工程的建设时经常会遇到在浅覆软弱围岩中开挖隧道的情况。由于软弱围岩不仅强度低,而且易受隧道开挖的扰动影响,所以在进行隧道正式开挖前需要对隧道周围岩土体进行超前预支护。管棚作为一种可靠的预支护法,在工程有广泛的应用。与此形成鲜明对比的是管棚理论研究却严重滞后,造成了在对管棚进行设计时其参数的选取仍需通过工程类比法来获得的奇怪现象。针对这种情况,本文以桦皮岭隧道工程为依托,展开了对浅覆软弱围岩超前管棚预支护作用机理的研究,主要的研究工作如下:(1)对在工程实际应用较多的超前预支护法进行总结并分析各自的优缺点,并重点对管棚超前预支护法的作用机理、应用场所、力学模型的发展及分类进行总结分析。(2)针对目前管棚力学模型中存在的缺陷,考虑初期支护延滞性、围岩应力释放差异性、地层反力系数不均匀性和仰坡坡度等因素,将管棚划分为初期支护封闭段、初期支护未封闭段、未支护段、掌子面前方塑性扰动段、弹性扰动段和未扰动段,建立了基于弹性地基梁理论并考虑施工过程的管棚变形力学模型(Winkler、Pasternak),推导出管棚变形的理论值。利用ANSYS软件中的Beam54梁单元对管棚中单根钢管挠度进行数值模拟,通过数值解与理论解的对比验证了力学模型的合理性。基于改进后的Winkler力学模型对管棚的直径、间距、长度、以及模型中各梁段长度等参数的选取进行优化分析;基于改进后的Pasternak力学模型在不同围岩及不同上覆围岩坡率的情况下对管棚进行参数分析。对浅覆软弱围岩管棚预支护理论进行研究,为以后管棚参数设计提供参考。(3)对管棚挠度变形的监测方法进行了优化设计,利用水平测斜仪进行管棚挠度变形的现场监测,并对现场收集到的数据与求得的理论解及数值解进行对比分析,进一步验证了改进后力学模型的合理性。
【关键词】：软弱围岩 管棚 Winkler力学模型 Pasternak力学模型 数值模拟 现场监测 挠度变形
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.7
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第一章 绪论8-23
• 1.1 前言8-9
• 1.2 预支护法分类总结9-12
• 1.2.1 管棚预支护法9-10
• 1.2.2 超前小导管法10
• 1.2.3 超前锚杆预支护法10-11
• 1.2.4 水平旋喷注浆法11
• 1.2.5 机械预切槽法11-12
• 1.2.6 预衬砌法12
• 1.2.7 冻结法12
• 1.3 管棚超前预支护技术12-19
• 1.3.1 管棚预支护法分类13-14
• 1.3.2 管棚的分布方式14-15
• 1.3.3 管棚的用途15-17
• 1.3.4 管棚力学模型分类17-19
• 1.4 管棚的国内外研究现状19-21
• 1.5 研究内容及方法21-23
• 第二章 Winkler地基梁模型在管棚挠度计算的应用23-43
• 2.1 管棚地基梁模型23-27
• 2.1.1 管棚上覆荷载的大小24-26
• 2.1.2 地层反力系数的简化26-27
• 2.2 Winkler力学模型的求解27-33
• 2.3 算例及讨论33-41
• 2.3.1 工程概况33
• 2.3.2 算例33-35
• 2.3.3 参数敏感性分析35-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第三章 Pasternak地基梁模型在管棚挠度计算的应用43-61
• 3.1 Pasternak力学模型的建立43-47
• 3.2 Pasternak力学模型的求解47-53
• 3.3 算例及讨论53-60
• 3.3.1 算例53-54
• 3.3.2 参数敏感性分析54-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 管棚挠度现场监测61-69
• 4.1 现场监测研究61-62
• 4.2 测试方案62
• 4.3 测斜仪及使用方法62-65
• 4.4 测试结果分析65-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文76

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本文编号：1126955