沙坪沟公路隧道初步设计土木工程毕业设计总说明书外文文献翻译.doc

1、毕业设计( 论文)外文翻译题目： Comparative Analysis of Excavation Schemes for a TunnelConstructed through Loose Deposits院（系） 建筑工程学院 专 业 土木工程 班 级 130702 姓 名 xxxxx 学 号 xxxxx 导 师 xxxxx 2017x 年 5 月 1 日通过松散堆积物构建了隧道开挖方案的对比分析摘要：由于周围岩石较弱，构造松散沉积物的隧道易于坍塌，二次内衬通常遭受过度变形。因此，选择适当的挖掘方案是重要的，这将对隧道施工安全和随后的隧道运行产生影响。本文采用亭子坝隧道，一条浅埋在浅沉

2、积和冲积起源的高速公路隧道为例。在施工期间，这条隧道经历了很多穹顶倒塌事件和先进的支援破坏。对重组样品进行各向同性排水（CD）压缩试验，以获得松散沉积物的机械参数。进行三维建模以模拟三种不同方案开挖后隧道中的应力和变形分布，即上下台阶隧道，三台隧道和单侧方向隧道掘进。比较分析结果表明，单侧巷道隧道更适合该隧道，既可以减少拱顶沉降，又可以限制塑性区的开发。对于类似地质环境中的隧道设计和施工，结果应该是重要的。关键词：松散堆积物；力学参数; 隧道；开挖方案；比较分析。说明随着中国交通基础设施快速发展，在过去的几十年里，许多新的隧道已经或正在通过具有挑战性的地质条件的地区建设等。软岩在隧道建设中经常

3、遇到。软岩的力学特性导致快速变形和各种干扰（Sharifzadeh 等人。2013a；朱某等人。2013）它能影响地下结构的稳定性。为此，软岩石已受到很多关于交通隧道建设的关注。例如，Jeng 等人（2002）评价 Mushan 的变形砂岩和台湾北部对隧道变、形的影响。Ozsan 和 Basarr（2003）计算出强风化凝灰岩 Urus 坝址引水隧洞的支持能力。李和舒伯特（2008）研究了在软弱围岩中圆形隧道的长度。Shahrour 等（2010）分析了用软土构建的隧道的地震响应。Weng 等人（2010）提供剪切诱导各向异性降解模型涉及的时间 依赖行为模拟软弱砂岩变形。王某等人（2012）采

4、用有限元分析计算出用粘土构建的浅的隧道的地表沉降。现场试验、模型试验和数值分析表明，不同开挖方案可以产生不同的力学效应在隧道开挖期间周围应力重新分布于岩石。这些机械作用对围岩沉降和变形有着非常显著的影响，这可能会进一步导致工程变形结构，包括隧道衬砌。对于隧道开挖、KarakusaFowell（2003）发展不同模式研究掌子面影响沉降，发现采用不同方法提高隧道面导致的不同沉降曲线。Hisatake 和 Ohno（2008）分析了隧道开挖面上的位移影响和发现当管道支架安装时使用环切挖方法对地面位移表现出克制。Yoo（2009）进行了三维（3D）的多面的数值研究新奥法（NATM）软土隧道，本研究表明

5、，壁导坑开挖法在限制地面沉降和隧道变形最有效。江等人（2010）进行了数值模拟分析和现场监测的位移分析场，应力场，并采用 CRD 法塑性区。他们研究了设计和建设的可行性方法，地面支持方案，以及如何调整和支持参数确定施工方法和程序可以用来确保施工安全。朱等人（2003）证实了不同施工方案对隧道稳定性的影响明显不同并且数值分析应选择最优施工方案，特别是当隧道施工遇到软岩条件差的时候。它也证明了，不恰当的开挖方案会导致过度变形，开裂，甚至倒塌的二衬（Brox 和哈1999;dalgic 2000）。当一个用松散堆积物或软岩建造的隧道变形时，由基坑开挖引起的机械性能差、强度低、干扰会非常明显，它能产生

6、较大的压力并且许多沉降问题会发生（朱某等人。2003；丁等人。2005;肖等人。2014）。这些问题是如此严重即使稍有不当，可造成开挖方案地区拱顶坍塌。这将严重影响隧道结构安全。因此，基坑开挖的技术对比方法及开挖方案的选择使用对这样的条件下修建隧道尤其重要。有关最好的不良地面条件下工作时应遵循的程序仍然有许多悬而未决的问题，对隧道的开挖方案深入研究低的松散堆积物很有必要在这个时候。本文研究的是亭子坝隧道，大型浅低埋公路隧道松散沉积物在崩溃，先进的支持破碎、二次衬砌开裂经常发生.挖掘方案必须多次调整。对大尺寸重构样品进行各向同性排水（CD）压缩试验，以获得松散沉积物的机械参数。结合设计数据，生成

7、三维数值模型，以模拟三种开挖方案的施工过程：上下行穿隧，三台隧道和单侧墩隧道。从施工过程和施工力学的角度，比较了本研究中上述三种挖掘方案对二次衬层的应力和变形，周围松散沉积物的位移场和塑性区的分布情况。最后，针对以松散沉积物建造的隧道，提出了一个合适的方案。项目概述正在考虑的亭子坝隧道是湖南省在建高速公路隧道公路的一对双公路隧道之一，中国南方（图 1）。右洞长 500 米，直径 10.9 米，穿过由缓冲沉积物和冲积起源的松散沉积物组成（图 2）。从理论上讲，这种材料是砾石质的和粉质的粉质粘土（图 3）。隧道以一个很大的角度与长的舌头形状相交。隧道穿过山鞍下方。由于周围的松散堆积物的性质，这有点

8、刚度、强度低、易变形、隧道多次遇到塌方，初期支护开裂，和下沉。2010 年 2 月 28 日，一个严重的事件库塌陷，地面沉降，并超前支护破坏严重（图 4）和地面塌陷（图 5）发生在隧道路段 YK106 + 970。在这条隧道其他崩溃地方甚至导致形成孔一样大 8*9m 和 36 m 深坑，施工被迫停止。其他施工中遇到的难点问题，包括隧道开挖的调整方案几次因为地面控制问题。这个方案通过，反过来，上下台阶开挖，三台隧道法和单导坑隧道的方法。为了更好的对比三种不同的施工方案，即采用不同的挖掘技术，选择了尚未挖掘的从 YK107 + 080 到 YK107 + 178 的隧道段进行数值分析。图 1.湖南

9、省汝城郴州高速公路隧道， 图 2.一个由松散沉积组成的山区的 华南地区（国家测绘局地图信息资料） tingziba 隧道（J. Z. Xiao的图像）图 3.松散沉积物的组成 图 4.超前支护破坏（J. Z. Xiao 的图像） （J. Z. Xiao 的图像）松散沉积物的力学参数和数值模拟参数 对大型重组规格进行 CD 压缩试验，以获得松散沉积物的机械参数。由于获得大量不受干扰的沉积物的实际困难，使用了重构的圆柱形样品。基于场密度测试的结果，重构样品的密度尽可能接近现场天然材料的密度。分析的两组样品的干密度分别为 1.65 103 kg/m3 和 1.50 103 kg/m3。最大粒径为60

10、mm，粒度分布曲线如图 7 所示。样品制备成直径为 300mm，高度为 700mm 的五层。使用真空和水饱和法饱和。固结时间为 24 h，试验时剪切速率为 0.122 mm / min。试验中的应力 - 应变曲线如图 6 所示。实验参数和非线性模型参数如表 1 所示。图 5.隧道挖掘造成的表面塌陷 图 6.原始和重构土壤样品的 粒度分布（J. Z. Xiao 的图像）图 7.用于各种各向同性地排放的松散沉积压缩试验的结果这个强度参数和非线性建模参数的山姆普莱斯示表。初始切线弹性模量和泊松的比灿昌模型在不同围压下的观察并对松散堆积物的实际应力状态的基础上，近似为弹性模量 E 和泊松比 对于数值

11、数值模拟（肖等人。2014）。Duncan-Chang 模型的初始切线模量与调节压力之间的关系由下式给出初始切线泊松比和围压之间的关系由下式给出其 中 Kt 和 n=测试参数；Pa=大气压力 kPa；和 Gt=初 始 切 线 泊 松 比 i 和lg（ 3/Pa） 之 间 的 线 性 关 系 的 截 距 。隧道上方的覆盖层深度在 35 至 70 米之间，平均深度为 48 米。松散沉积物的静态侧向压力系数为 0.45，模型的干密度为 1.70103 kg/m3。将上述参数和 Kt，n，Gt，F 从试验代入等式 （1）和（2），可以得到 Mohr-Coulomb 模型的弹性模量 E 和泊松比 i。由

12、于沉积物松散，造型中不考虑周围土壤的拉伸强度。将内聚力调节至 30kPa，将摩擦角调节至 20，以考虑进行试验的条件。2010 年 7 月进行的亭子坝隧道周边松散矿床现场调查显示，松散沉积物主要是刚性差，刚度低，结构松动，容易变形。根据“2010 年中华人民共和国交通运输规范”（“2010 年中华人民共和国交通运输规范”）的土壤工程分类制度，汀日巴隧道周边松散矿床属于第六类， 最差的机械性能。参数代入方程 （2），得到泊松比为 0.32。为了说明工程分类（VI 类）的结果和进行试验的结果，将松散矿床的泊松比调整为 0.38。Vermeer 和 De Borst（1984）提出，土壤的膨胀角已知

13、显着小于摩擦角。 汀日巴隧道松散沉积物的摩擦角仅为 20。松散沉积物膨胀角对隧道的影响非常小。因此，在三个隧道掘进方案的比较分析中，膨胀角为 0，松弛沉积物的膨胀被忽略。根据 Irfan 和 Tang（1993）的观点，剪切强度的实际增加没有达到大约20的粗级分含量。在这样低的含量下，在剪切过程中对颗粒互锁或膨胀产生的质量剪切强度的贡献很小，并且强度由基质性质主导。从松散沉积物的照片（图 3）和松散沉积物的粒度分布曲线（图 6）可以看出，由颗粒（岩石碎片）组成的松散沉积物的总质量百分比，尺寸大于 60 毫米仅占总数的 6左右。此外，这些岩石碎片占据的体积小于总数的 4。岩石实际上是分散在土体中

14、的散发块，对松散沉积物的机械性能没有实际影响。因此，在模拟中，假设隧道周围的岩石由松散的沉积组成，是均匀的介质。根据“道路隧道设计规范”（2010 年中华人民共和国交通运输部规定），为了建模，锚固区松散沉积物的凝聚力提高了 30，使锚固支撑钢筋。作为地下结构的安全储备，建模中不考虑钢网的支撑作用。基于以下方程，钢拱的弹性模量作为初级衬砌混凝土转化为喷浆混凝土（Tang et al.2008）：其中 E=初级衬砌混凝土的弹性模量，单位为 MPa; E0=喷浆混凝土的弹性模量，单位为 MPa; Eg=钢拱的弹性模量，单位为 MPa; Sg=钢拱的横截面积，m 2; 和 Sc=喷浆混凝土的横截面积（

15、m 2）。在数值模拟中，对一次和二次衬砌采用弹性模型，对周围土壤采用莫尔库仑模型，采用固体元素模拟土体质量，初级衬层和次级衬砌。隧道和支撑材料周围松散沉积物的计算参数如表 2 和表 3 所示。主要考虑了 Oreste 和 Peila（1997），Guan 的研究，初级衬砌混凝土的泊松比为0.25（2008）和 Sharifzadeh 等人（2013b）。表 1.松散矿床的强度参数强度参数 Et t编号 干密度 c/kPa / o Kt n Rf Gt F1 1650 68 20.1 170 0.56 0.82 0.42 0.082 1500 67 18.4 130 0.40 0.82 0.41

16、 0.08表 2.周边松散沉积物和支撑材料的计算参数材料 密度 (kg/m3)泊松比 摩擦角（度）内聚力（kPa）弹性模量（GPa）周围松散的沉积物1700 0.38 20 30 0.028锚定区 1700 0.38 20 39 0.028初始衬砌混凝土 2200 0.25 25.2二次混凝土 2300 0.20 29.5表 3.钢拱参数参数 价值/描述类型 I18 I-钢横截面积（m 2） 3.l0 x l03惯性力矩（m4） l.70 x l05弹性模量（GPa） 200数值模拟有限差分代码 FLAC3D 用于数值模拟，为不同挖掘方案的比较分析提供了灵活的特征。 本文采用 FLAC3D 内

17、置的 Mohr-Coulomb 模型。弹性行为和塑性行为的基本理论如下：在线性弹性阶段，应力与应变之间存在线性关系，与应力路径无关。 胡克定律在广义应力和应力增量方面的表现形式其中 1， 2和 3=主应力; e1, e2和 e3=主应变 ; a1和 a2=剪切模量，G 和体积弹性模量 K 定义的材料常数体积弹性模量 K 和剪切模量 G 通过使用以下等式确定：其中 =泊松比; E =弹性模量。在塑性阶段，故障标准由下式给出其中 =摩擦角; c=凝聚力剪切塑性流动 gs对应于非相关定律，具有形式其中 =扩张角和数值模型考虑到亭子坝隧道的地质特征和地形特征，确定了从 YK107 + 080 到YK1

18、07 + 178 的隧道段的工程地质模型。水平地，模型沿着隧道轴线的两侧延伸大约是隧道直径的五倍，模型宽度为 125 米。垂直地，隧道顶部上方的地面被视为自由表面，隧道地板，即倒拱和模型底部之间的距离为 65 米。初始和次级衬层被认为是弹性介质，周围的松散沉积物符合 Mohr-Coulomb 模型的模拟。为了更好地比较三种隧道开挖方案，即上下行穿隧，三台隧道，单侧隧道掘进，三种方案共享相同的数值模型（图 8），但对于挖掘部件。选择 YK107 + 129 号 YK107 + 080 和 YK107 + 178 中间的隧道横截面进行详细分析。隧道的横截面如图 9（a 和 b）所示。为了更好地比较二次衬里应力条件，设定了二次衬里上的八个点，用于比较每个分析部分中的最大主应力。图 9（b），1-8 点开挖顺序和三示意图开挖方案显示在图 10。由于拱顶沉降在开挖过程中能够有效地反映松动和变形周围的松散堆积体，它对位移和松散堆积体稳定性很重要。图 8.不同挖掘方案的亭子坝隧道计算模型