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论文以我国在大规模修建的城市地铁隧道为背景,采用了技术调研、理论分析、数值模拟、监控量测等多种手段,对特大断面隧道开挖方法优化、特大断面隧道施工过程力学性态仿真、特大断面隧道施工围岩稳定监控量测等进行了深入系统地研究,主要研究工作和成果如下:(1)通过分析台阶法的原理,并依此构建了统一的水平分层模型。该模型可以通过调整分层数和台阶高度有效地解释比如三台阶法等分层类施工方法,并进行基于AHP方法的方案优化比选举例,在考虑地表沉降、掌子面挤出、施工难度和开挖尺寸四个准则情况下,选出了最优开挖方案。(2)通过分析常见施工方法CD法和CRD法等,类比水平分层模型构建了统一的横向分块模型,该模型可以通过调整横向分块数和分块宽度有效地解释和优化各类横向分块类的施工方法。(3)通过综合水平分层模型和横向分块模型构建了统一的平面分区模型,该模型可以通过水平分层数、横向分快数、台阶高度、分块宽度等四个参数解释平面优化的所有问题,同时对并进行了当i=2,j=2时平面分区模型利用动态规划理论(DP)进行了方案优化举例。(4)通过分析开挖进尺问题,类比平分层模型和横向分块模型构建了统一的纵向分段模型,主要确定参数分段数和分段长度,同时也基于AHP进行了分析优化方案。(5)通过综合平面分区模型和纵向分段优化模型可以得到三维分体模型,该模型可以解释和用于所有隧道开挖方法和优化问题。通过调整水平分层数、横向分快数、台阶高度、分块宽度、分段数和分段长度等六个参数可以解释所有施工方法并能够依此进行隧道开挖方法的优化。(6)综合了动态规划理论(DP)和层次分析法(AHP)的各自优点,在特大断面隧道开挖方法优化中,将隧道开挖多目标多过程的问题,通过DP_AHP法能够有效进行优化和决策,从而有效解决,最终提出最优的施工方案。(7)本文对重庆地铁十号线中央公园东站大断面隧道开挖进行了优化前后方案数值仿真计算。分别从位移场、应力场和塑性区的分析了优化前后围岩稳定变形破坏规律。发现对于施工方法的优化,满足施工要求。(8)对重庆轨道交通十号线中央公园东站特大断面隧道采用9步开挖工艺方法施工进行监控量测,对监控量测结果与数值模拟结果进行对比分析。结果表明前面做的9部开挖法优化方案有效,变形规律相同和变形量处于同一数量水平。