软弱围岩隧道管棚预支护模型试验及受力状态研究

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1、学校代码：公开：密级硕士学位论文软弱围岩隧道管棚预支护模型试验及受力状态研究作者姓名蒙蛟学科专业岩土工程指导教师郭璇副教授培养院系土木建筑工程学院如交邊乂硕士学位论文软弱围岩隧道管棚预支护模型试验及受力状态研究国家自然科学基金面上项目：霍英东教育基金会应用优选资助：北京交通大学基本科研业务费：作者：蒙蛟导师：郭璇北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、縮印或扫描等复制手

2、段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）?fifUi'i：公北京交通大学硕士学位论文软弱丨周：丨隧道管棚预支护校型试验及受力状态研允作苕姓名：朶蛟学：导师姓名：郭璇职称：副教授学位类別：工学学位级别：硕学科专、丨工程研宂方向：管棚预支护北京交通人学年致谢光阴荏苒，日月如梭，二十多年在校求学生涯即将走到终点。一路走来，得到了太多人的支持和帮助，在此，谨向所有关心和帮助过我的人表示衷心的

3、感谢丨能进入北京交通大学，成为郭璇副教授的学生是一件非常荣幸的事情。本论文的工作在导师的悉心指导下完成，导师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。导师学识渊博、思维敏捷、工作热情、治学严谨、不断创新科研的精神让学生终生受用，激励着我拼搏进取。导师在学业上的严格要求和生活上无微不至的关怀，学生一生难忘！师恩如山，铭记心间！在此，学生衷心感谢三年来导师对我的关心和指导并对导师致以最崇高的敬意！感谢师兄孙文波、王帅军、任耀谱，师弟朱坤、岳焕闯。每当论文遇到困难，师兄们总能悉心启发，对我许多外行的问题给予耐心的讲解，本

4、文的很多想法是在跟师兄们的讨论中形成的。师弟们在室内模型试验、结构模拟及计算分析的科研工作及撰写论文期间，对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。感谢每个日日夜夜一起奋斗在隧道中心试验室的同学，感谢于钱米博士、胡庆龙硕士、何卫硕士给予的帮助。感谢舍友李文涛、李飞龙、陆继广硕士。感谢铁道第三勘察设计院胡奇凡、薛城工程师和同济大学张雪健硕士在数值软件学习方面的帮助。感谢所有帮助过我的老师和同学！在此还要感谢我的家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业，他们的默默付出使我在遇到困难时能够有勇

5、气面对。感谢女朋友杨静静博士，感谢她对我无比的信任与理解，为我默默的付出。最后我尤其要感谢我的父母，贤父慈母的养育之恩以及在我成长过程中付出的艰辛，我将以更大的进步来报答他们。最后，感谢各位老师、专家在百忙之中对我论文的评阅和批评指正。蒙蛟年月于北京交通大学摘要摘要管棚超前预支护技术作为一种主要的隧道开挖辅助工法，有效地解决了在某些特殊困难地段面临的问题，如软弱破碎围岩地段、浅埋大偏压地段、地下水活动较强的地段等。然而，工程实践中依然存在许多问题，如管棚系统的支护力、支护效果没有量化，管棚预支护的设计未能优化。基于此，本文采用

6、理论分析、模型试验与数值计算相结合的方式进行研宄。主要工作和成果如下：将隧道埋深、管棚条件、围岩的力学性质等因素综合考虑，确定管棚的力学模型与计算参数。分别考虑管棚在纵向、横向的力学模型：以弹性地基梁理论为理论依据的纵向计算方法和以微拱理论为基础的横向计算方法结合；提出了管棚系统的极限支护力。结合工程实例，自主设计了立体相似试验模型系统，可以实现纵向开挖过程，设计了具有组个室内模型试验的正交表，考虑不同管棚布置（无管棚、°布置、°布置）、不同覆跨比（，、不同工法（全断面法和台阶法）、不同进尺（和等工况；并在试验中使用粒子成像测

7、速（技术。试验条件下，采用管棚预支护不仅能有效防止坍塌，还能减少的地表最大沉降值；通过试验数据给出了公式中的沉降槽宽度参数的建议区间，管棚预支护后值增大左右，在一定范围内管棚布置越密值越大；分析隧道开挖和加载中围岩破坏过程，受到管棚系统支护力作用的围岩在破坏试验中承受的荷载值提高了一倍左右，破坏形式由拱顶坍塌转变为侧壁挤扩。针对南京地铁南北线一期工程珠江路站鼓楼站玄武门区间软弱围岩隧道，使用有限差分软件分析，结果显示：使用管棚预支护能够减少的地表最大沉降和的拱顶最大位移，与模型试验得到的规律相符，并与现场实测数据比对，验证了管

8、棚预支护系统控制地层变形的实际效果；得到了每一个施工步管棚的内力值，有无管棚情况下围岩塑性区发展和初期支护受力截然不同。本文的研究结果表明：不同覆跨比（，，、不同工法（全断面和台阶工法）、不同进尺（和等条件下管棚预支护显著减小地表沉降、防止围岩破坏、增加极限加载值。关键词：围