既有公路下连拱隧道管棚变形测试与作用机理研究

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1、长沙理工大学硕士学位论文既有公路下连拱隧道管棚变形测试与作用机理研究姓名：苟德明申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：阳军生;刘辉20070401摘要管棚超前支护技术作为浅埋暗挖隧道的一种辅助工法，在防止隧道塌方、抑制地层位移、控制地表沉降方面发挥着重要作用，特别在下穿既有公路、铁路及其他结构物的隧道与地下工程施工中，管棚支护技术以其超前加固距离长、可靠性高、工期短等优点被广泛应用。本论文以隧道开挖过程中管棚的作用机理为研究对象，对隧道施工中管棚的变形进行了现场测试，运用弹性地基梁理论分析了管棚的受力与变形，采用三维有限差分程序模拟了管

2、棚与隧道开挖的相互作用，并对管棚的支护效果作出评价，综合现场测试、理论分析、数值模拟结果基础上，提出了一些设计与施工建议，主要研究的内容包括：1．对常吉高速公路土江冲隧道进行了详细的现场测试，采用应变计对管棚的纵向变形进行了测试，根据现场测试结果分析了管棚在隧道开挖过程中的受力特性和作用机理；2．以支护结构与围岩相互作用为基础，建立了基于双参数Pastemak地基上的管棚弹性固定端弹性地基梁模型并提出了求解方法，推导出管棚的扰度方程及应力、应变计算公式；3．以土江冲隧道作为工程实例进行计算，采用弹性固定端双参数弹性地基梁模型分析土江冲隧道的

3、管棚变形和受力，计算出管棚的扰度、纵向变形、地基反力曲线，计算结果与实测值吻合较好，说明采用弹性固定端双参数弹性地基梁模型分析管棚受力特征是可行的；4．采用三维有限差分软件(FLAC3D)对土江冲隧道开挖与管棚的相互作用进行模拟，计算中采用梁单元模拟管棚钢管、提高管棚加固范围的围岩参数模拟注浆，分析了隧道开挖过程中管棚的受力与变形。同时对不设管棚情况下隧道的施工过程进行了模拟，将两种计算结果与现场实测值进行了比较，分析了开挖过程中隧道围岩及支护结构的变形特征，对管棚在浅埋暗挖隧道中的支护效果进行了评价：5．通过现场测试、理论计算、数值模拟方

4、法分析了隧道开挖工程中管棚的变形特征及加固机理，对管棚的设计与施工进行了探讨，在总结现有设计经验的基础上提出一些设计与施工建议。关键词：连拱隧道；既有公路；管棚；现场测试；作用机理；弹性地基梁；数值模拟ABSTRACTPiperoofpre—supporttecllIlology，asanauxiliarytechniqueinshallowtunnelsexcaVation，hasimponantfunctiononpreVentingtunnelcollapse，rcstr4jninggrollndmoVementandcontroll

5、inggroundsurfacesettlement．Especianyinthetll皿elsorotherundergroundengineeringswhichp勰scross-belowtheexistinghighways，railwaysandotherstructures，PipeRoofMethodwasbeenwidelyappliedbecauseithaslongpre-reinforceddistance，high代liability，shortconstructionperiodandotherrelativead

6、V锄tages．Thcworkingmechanismofpiperoofinshallowtunnelswasbeen船fesearchedobjectinthispaper，andtheIongitudinaldefomationsofthepiperoofweretestedbyinstallationofaseriousofstraingauges．Then，thetheoriesofelasticfoundationbeamwereappliedtoanalysethemechanicalbehaViourofpiperoof．A

7、three．dimensionfinitedif话rencecode(FLAC3D)wasutilizedtosimulatetheinteractionbet、Ⅳeenpiperoofandtunnelexcavationandthepre-suppone矗色ctofpiperoofwaseValuated．Someadviceaboutpiperoofdesign如dconstructionwereputfbrwardbyanalyzingthefield—testresults，theoreticalanalysisresultsan

8、dnumericalsimulationresults．Themainresearchcontemofthispaper船follows：1．Aseriesofdetailedf