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随着我国高速公路的迅速发展,连拱隧道作为一种新的隧道结构形式,因其占地小、线形流畅等,被越来越广泛的运用到实际工程中。由于结构的复杂、施工在时间和空间上的不对称性,连拱隧道的围岩和支护结构的稳定性比单洞隧道复杂的多。目前,连拱隧道在施工过程中围岩和支护结构的稳定性问题,已成为业内关注的热点课题。在实际工程中,由于地形的复杂性和地质结构的不确定性,隧道偏压现象普遍存在。对连拱隧道,偏压对开挖后围岩和支护结构的力学行为有很大的影响。目前,国内对偏压情况下,连拱隧道施工稳定性的研究工作还处于初步阶段。
本文以张石高速公路中的连拱隧道作为研究背景,采用有限元法,模拟偏压作用下连拱隧道的施工过程,重点分析运用不同的施工顺序,隧道开挖后,围岩和支护结构的应力、位移分布情况、中隔墙的应力分布规律以及围岩塑性区的分布。介绍了隧道的稳定性理论,其实质就是分析隧道开挖后,围岩和支护结构的应力、应变的分布,并运用相关的准则对其进行判定。介绍了新奥法的设计施工理念及连拱隧道的施工方法,讨论对偏压和浅埋的认识,并从力学角度,分析浅埋情况下,偏压连拱隧道施工后的稳定性。然后结合工程实例,运用有限元理论,分析浅埋情况下,偏压连拱隧道的施工过程;运用有限元软件MIDAS-GTS 建立三维模型,进行三维弹塑性分析,分析不同的施工方法,隧道开挖后,围岩和支护结构的应力分布、变形规律,关键部位中隔墙的应力变化规律、围岩塑性区的分布,进一步分析隧道开挖后的稳定性。分析总结了浅埋偏压连拱隧道的稳定性,得出一些有益的结论,为后续的设计和施工提供了技术指导。