软弱围岩隧道管棚支护及其体系下锁脚锚杆数值模拟研究

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1、硕士学位论文软弱围岩隧道管棚支护及其体系下锁脚锚杆数值模拟研究NUMERICALSIMULATIONRESEARCHONPIPE-ROOF-SUPPORTANDUNDERTHISSYSTEMOFFEET-LOCKBOLTINWEAKROCKTUNNEL王晨昭哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TU94+2学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文软弱围岩隧道管棚支护及其体系下锁脚锚杆数值模拟研究硕士研究生：王晨昭导师：雷卫东副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:TU94+2U.D.C:624DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringNUMERICALSIMULATIONRESEARCHONPIPE-ROOF-SUPPORTANDUNDERTHISSYSTEMOFFEET-LOCKBOLTINWEAKROCKTUNNELCandidate：WangChenzhaoSupervisor：AssociateProf.LeiWeidongAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：Architecturalan

3、dCivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要进入21世纪后，国家大力发展交通事业，公路、铁路以及地铁隧道建设得以蓬勃发展，我国又是一个多山的国家，隧道因其技术特点在交通中的重要性也日益突出。而很多隧道都处于不良地层段，如富水地层、软弱围岩、岩溶、断层破碎带等，为防止隧道开挖后围岩发生过大变形而造成工程事故，就必须在开挖前对围岩采取预加固

4、措施，管棚支护因其良好的支护性能逐渐成为穿越不良地段的重要施工技术。但是管棚支护的设计、施工多是借鉴于类似工程，而这已不能很好的适应当前工程发展的需要，因此在隧道开挖过程中，管棚支护参数进行定量分析的研究就十分必要。论文介绍了隧道超前支护的施工方法和特点，并重点介绍了管棚支护在施工和支护机理的国内外研究现状，同时介绍了利用ABAQUS建立数值计算模型的步骤。通过选取深圳大望山地质参数，采用Mohr-Coulomb强度屈服准则，借助ABAQUS有限元软件建立数值模型，对比分析二维模型下设置管棚和未设置管棚、锁脚锚杆不同角度、长度、排数、位置以及不同围岩性质下隧道位移，得到设置管棚能有效约束隧道

5、的变形，同时锁脚锚杆长度和角度只有在一定的范围内对隧道变形的抑制作用才明显，打设排数和位置则与相应部位的变形收敛有关，围岩性质的变化对隧道变形的影响最为显著。对比分析三维模型下管棚参数、注浆半径、开挖方式、开挖半径以及不同围岩性质情况隧道开挖下隧道变形和钢管应力。得到以下结论：管径和管间距的变化对隧道变形影响不大，但对钢管应力影响有着显著区别；不同注浆半径对隧道变形和钢管应力影响较大，注浆半径越大，围岩塑性区应变越小，隧道变形和钢管应力越小，预加固区能够更好的发挥其承载性能；双侧壁导坑法开挖较CRD法开挖位移影响范围和塑性区应变更小，围岩所处拉应力区范围也越小，隧道变形和钢管应力更小；开挖进

6、尺对于隧道变形有着明显的影响，随着开挖进尺的增大，围岩位移影响范围和塑性区应变值也逐渐增大；不同围岩性质下隧道开挖围岩变形和应力都有着明显变化。因此，在软弱围岩隧道施工时，应根据不同的地质情况，选取合理的管棚支护结构参数，并选取合理的开挖方式，控制开挖进尺，保证隧道的顺利施工。关键词：超前预支护；管棚支护；锁脚锚杆；数值模拟-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInthe21stcentury,thehighway,railroadandsubwaytunnelconstructioninChinaisflourishingwiththevigorousdevelopmento

7、fthetransportationindustry.Ononehand,Chinaisamountainouscountry.Ontheotherhand,tunnelhasuniquetechnicalfeatures.Tunnelisplayinganincreasingsignificantroleinthetransportationfield.Infact,lotsoftunnelsarebuil