从国内外装配式衬砌的发展现状来看,其主要应用于盾构隧道,而在矿山法修建隧道中应用较少。目前国内铁路隧道大多采用矿山法施工,而采用预制构件不仅可以提高工程质量和修建速度,还可以降低成本、改善施工环境。同时这也是隧道施工工厂化技术发展的必然趋势。因此装配式衬砌在矿山法施工的铁路隧道中有着广阔的应用前景,从而针对矿山法施工隧道装配式衬砌的力学特性进行研究是很有必要的。 本文根据国内外隧道设计计算的模型,运用有限元数值模拟对矿山法施工隧道的装配式衬砌的力学特性进行了研究,主要有以下几个重点研究内容: ① 借鉴国内外铁路隧道和盾构隧道的设计经验以及已有的研究成果,分析和探讨了适用于矿山法施工的装配式衬砌隧道结构计算的“荷载—结构法”和“围岩—结构法”。 ② 对单线铁路隧道标准断面进行了优化设计,并通过优化设计确定适合于装配式衬砌的隧道断面型式。 ③ 按照“综合考虑结构的受力、构件的制作与安装等因素”的构件划分原则,提出5种备选构件划分方案;通过对结构受力合理性和施工可行性等方面的对比分析,确定了适用于全预制衬砌结构的最佳构件划分方案。 ④ 采用“荷载—结构法”计算模型,有限元数值分析法研究了不同的结构设计参数、围岩弹性反力系数对衬砌结构内力状况的影响,同时分析了在考虑错缝拼装的空间效应时衬砌结构的受力特性。 ⑤ 结合矿山法施工特点和装配式衬砌结构的特殊性,采用有限元法对隧道施工动态进行了数值模拟,结果表明施工中初期支护的设置将对衬砌管片的受力和围岩塑性区产生明显影响;注浆压力的增大将使施工阶段的隧道衬砌内力增加,围岩塑性区减小,而对竣工后隧道结构的受力状况影响很小。 本文最后就主要的结论、研究的不足与建议进行了论述,提出了自己的观点和见解。