蠕变作用下大埋深盾构隧道地层-支护相互作用研究

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当前,盾构隧道的应用领域不断拓展,建设条件逐渐从浅埋赋存环境趋向于大埋深地层环境。然而,目前大埋深条件下盾构隧道的工程应用很少,对于该条件下管片结构的受荷特性和围岩-支护结构相互作用尚存争议。特别对于大埋深软岩盾构隧道,在围岩蠕变作用的影响下如何考虑隧道开挖和支护的特征、并进行围岩压力的有效控制等具有重要的研究意义与工程价值。本文以广佛环线东环隧道工程为背景,采用资料调研、理论分析、数值模拟等方法,在岩体蠕变特性分析和蠕变参数反演的基础上,研究了围岩蠕变作用下深埋软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,探讨了深埋软岩盾构隧道围岩压力控制策略和围岩-支护结构相互作用规律。论文主要研究内容及成果如下:(1)基于室内岩石单轴压缩蠕变试验结果确定了描述岩石蠕变特性的本构模型,采用粒子群智能算法,结合FLAC3D软件和MATLAB软件编制了基于室内压缩蠕变试验数据的蠕变参数辨识程序,反演得到了岩体的蠕变参数。(2)建立了描述盾构隧道施工全过程的有限差分模型,研究了大埋深软岩盾构隧道管片结构在围岩蠕变作用下的长期作用规律,分析了大埋深软岩环境下盾构隧道埋深、断面尺寸(洞径)对管片结构变形、内力和接触压力的影响规律。(3)明确了盾构隧道动态施工中影响围岩压力的控制因素,将“两阶段分析方法”应用到盾构隧道施工全过程分析中,对盾构隧道施工的两个阶段分别考虑,利用收敛—约束法分析了大埋深软岩盾构隧道围岩压力的控制策略。(4)结合两阶段分析方法,建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段数值分析模型,分析了盾构隧道超挖间隙、盾壳长度、壁后填充层施作滞后距离与围岩位移释放及应力释放之间的关系,研究了围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响,探讨了管片衬砌联合锚杆的特殊组合支护结构对围岩压力的控制效果。
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