冻结法在极软岩水工隧洞中解困tbm的应用研究

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1、分类号密级ＵＤＣ１０７３３单位代码甘肃农业大学硕±学位论文冻结法在极软岩水工隧洞中解困ＴＢＭ的应用研究Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ化ｅｅｚｉｎｍｅｔｈｏｄｏｌｏｉｎｐｐｇｇｙｅｘｔｒｅｍｅｌｙｓｏｆｔｒｏｃｋｗａｔｅｒｔｕｎｎｅｌｒｅｓｃｕｅＴＢＭ陈兴龙指导教师失发昇正高（甘肃省水利水由勘测设计研究院兰州７３００００）学科专化务祿灰化水±工括研究方向水工结构工稍论义答辩日期２０１５年日月３１日学位授予日期２０１日年６月答辩妻ｒｏ会书席

2、能友才教按评阅人贯生海教授牵曰臣教按２０１５年６月甘肃化业大学２０１５届硕±学位论文摘要我国水利建设正处于跨越式发展时期，甘肃省内大量水利工程建设也在快速推进。随着ＴＢＭ（全断面隧道掘进机）掘进技术的不断进步，水工隧桐作为引水、输水的重要建筑物，在水利工程中运用日益广泛。而隧洞在掘进过程中，由于地质条件、操作失误等因素一，难免会出现卡机、围困等问题。人工地层冻结法作为种新兴的地，其独特的优势逐渐被工程界接受，层加固技术、重视并广泛应用。然而冻结法在水工隧洞及在ＴＢＭ解困方面的应用尚属首次，值得我们深入研巧。

3、本文＾甘肃省引挑供水＾期工程一＃（简称引挑期）总干渠７隧洞ＴＢＭ解困段为．研巧背景，借助大型有限元分析软件ＡＮＳＹＳ１４０，针对人工冻结法地面竖直冻结和洞内水平冻结在地层中形成的溫度场进行研巧。同时，基于考虑相变的热固謂合理论，在溫度应力和重力共同作用下实施脱困后，对开挖面关键点处的位移变化进行研巧并对冻结时间进行优化。主要有＾？下研巧工作和成果结论：一＃１．对甘肃省引挑供水期工程总干渠７隧桐ＴＢＭ解困段工程地质勘查资料和补勘洞段隧洞围岩工程地质条件进行分析，结合工程区域的地质环境背景、地质构造、地形地貌、地层岩性和工程

4、地质参数等基础地质资料，得出进行模型分析计算所用的各项基本参数。２．研究了人工冻结过程中先竖直冻结后水平冻结情况下冻±的发展过程和形成规律。分析了冷媒溫度和王体含水率对冻结壁温度场的影响。在有内热源和多种边界约束的情况下，用考虑相变潜热的平面各向同性导热控制微分方程对溫度场的数学模型做揭示。３．／对现阶段人工地层冻结法热固賴合研巧现状进行综合阐述，并采用Ｍｓｅｓ塑性Ｐｒａ油流动法则？强化准则及／７，对塑性区的应力应变增量关系进行求解。同时考虑±体发生相变后，其物理力学参数弹性模量和泊松比的变化并进行求解。４．运用大型有限

5、元分析软件ＡＮＳＹＳ１４．０对溫度场进行模拟。对人工冻结分别进行１１５ｄ、１１６ｄ、１２５ｄ、１５０ｄ、１８０ｄ、２４５ｄ时，冻结锋面的发展、等溫线的变化、冻±帷一幕的形成等进行模拟分析＜，得出的模拟温度值与实际监测的基本致，为＾后采用冻结法进行ＴＢＭ解困形成温度场提供技术参考。５．对ＴＢＭ解困段在冻±帷幕的保护下进行解困作业引起位移场、应力场的变化Ｉ甘肃化业大学２０１５届硕±学位论文进行模拟。在设计条件下工冻结进行２４５ｄ后解困作业可确保施工的安全，即人，开挖面各关键点处位移在安全规范之内。６．对实施解困作业前人工冻

6、结时间进行优化。分别对在冻结进行１１５ｄ、１４５ｄ、１９５ｄ、２１５ｄ后即进行解困作业进行模拟。在冻结１１５ｄ、１４５ｄ、１９５ｄ后进行解困作业２１５ｄ时，开挖面关键点处位移较大，不符合安全规范，；但在冻结后进行解困模拟时由于冻结较充分，冻±帷幕己有足够的维护冻结时间，开挖面关键点处位移己在安全规范范围之内，解困作业可安全进行，但此结论只可作为参考。：ＴＢＭ解困段关键词；人工冻结法；数值模拟；温度场；应力场；热固賴合；冻结优化ＩＩ甘肃农业大学２０１５届硕古学位论文ｂ＞ｏｉｍｄｍｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｒｅｓｔｒｉｃｔｓｔ

7、ｈｅｌｍｉａｒｉｓｏｔｒｏｉｃｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｏｖｅｒｎｉｎｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ，ｐｐｇｇｅｑｕａｔｉｏｎｓｗｈｉｃｈｃｏ打ｓｉｄｅｒｅｄｔｈｅｌａｔｅｎｔｈｅａｔｏｆｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ．－ｍｅｔｈｏｄｏ３．Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｈｅｒｍｏｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓｔｒａｔｕｍｆｒｅｅｚｉｎｇｌｏｗａｓｇｙ巧ｔｅｄ巧ｉ－ａ．ＴｈｅＭｉｓｅｓｐｌａｃｒｅｉｎｆｏｒ

8、ｃｅｍｅｎｔｒｉｎｃｉｌｅｓａｎｄＰｒａｎｄＵＲｅｕｓｓｆｌ