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引洮供水工程是甘肃省继引大入秦工程后,又一个具有跨时代意义的宏伟工程,解决了甘肃中西部干旱地区的缺水问题。7#隧洞是引洮工程中极具典型的长大深埋隧洞,其使用的单护盾TBM掘进机在我国水利工程属于首例,开创了单护盾TBM隧洞施工的先河,具有很大的研究价值。 作者在TBM施工阶段进入施工现场,进行了大量隧洞资料的搜集和整理工作。对引洮工程数十年积累的工程地质勘察资料进行整理分析,并结合本次工程中地质勘查数据对该隧洞地质情况做了详细的归纳、总结。同时阅读了大量有关TBM隧洞施工的书籍和优秀硕博论文,为本论文的撰写和研究方法做了准备。论文从以下几个方面进行了研究: (1)详细的介绍了TBM掘进机的发展应用状况、TBM分类和适用条件,TBM设备组成及破岩机理,系统分析影响TBM掘进性能的主要参数。 (2)从引洮7#隧洞设计、施工、工程地质、经济性和施工工期情况,详细分析TBM掘进机选型的基本原则,选择出适合该工程施工的单护盾TBM掘进机。 (3)采用经典普氏压力拱理论对隧洞管片环进行围岩压力计算,选择了适合围岩—管片衬砌结构的梁—弹簧模型理论,并借助ANSYS有限元软件对引洮7#隧洞管片环的变形和内力进行了分析研究。 (4)结合引洮供水工程7#隧洞工程资料,采用有限元Drucker-Prager屈服准则和ANSYS软件中的单元“生死”技术对隧洞的开挖过程进行三维数值模拟,并分析了开挖前后围岩的应力变形情况、开挖不同阶段围岩的应力变形和管片衬砌的受力情况。 (5)分析引洮7#隧洞TBM在不良地质洞段地质灾害情况,针对不同地质灾害提出的整改措施,选择出适宜该隧洞的施工技术和施工方法。