隧道进口管棚设计与施工毕业论文

 2021-04-19 09:04

摘 要

管棚法是隧道施工的一种辅助工法,当隧道穿越破碎带、松散带、软弱地层、涌水、涌砂等地段时,管棚及其超前注浆不仅能够有效地限制地表下沉,而且能够保证工作面和地层处于安全稳定的状态。因此,管棚工法在工程现场问题的解决中得到了广泛的应用。

本文在已有的理论基础上,对管棚作用机理进行了深入研究,编制了一套管棚支护

设计的计算程序,并利用该程序对影响管棚支护效果的因素进行了分析。具体的研究内容与取得的主要研究结论如下:

(1)在总结管棚支护设计的国内外研究现状及基础之上,详细分析了管棚的用途、

形状以及管棚设计的方法,清楚地看出管棚的设计现状以及存在的主要问题。

(2)以小导管超前支护为例,分析了超前支护和管棚超前支护在机理和设计参数上的区别。

(3)对管棚机理的进行深入的研究,根据前人提出的管棚受力模型推导管棚在受力条件下的挠度、转角、弯矩和剪力方程。并利用数值计算软件MATALB分析影响管棚作用的效果因素。

(4)以油竹山隧道的实际工程为例,具体阐述管棚在具体设计与施工中的参数与工艺。

关键词超前预支护;小导管注浆预支护;管棚预支护;MATLAB;油竹山隧道

The pipe roof’s design and construction for tunnel entrance

ABSTRACT

Pipe roof method is an auxiliary method of tunnel construction, under the situation that the tunnel pass through the fracture zone, the incompact zone, the weak strata, the section of water inflow and Poured sand area. Tube roof with its advanced grouting not only can restrict surface subsidence effectively, but also can insure working face and stratum are in a safe situation. Therefore, pipe shed method is widely used in solving field engineering problems.

This article based on the existing theories, is dong a further research on pipe roof function machine while going a reasonable parametric design. Here is detailed research content and the main research result.

(1)A summary about pipe roof of supporting design both national and international with a detailed analysis on the usages, shapes and deign procedures of pipe supporting, in order for us to understand clearly the current situation of pipe roof and questions remained.

(2)by Small pipe forepoling,this article analysises the differences between forepoling and

pipe roof.

(3)This article giving a deep analysis into mechanism of action , putting forward stress model of pipe roof, and a further derivation of deflection, corner, bending moment and shear equation of pipe roof. Based on the calculation program of theoretical analysis formula and the numerical method of pipe roof support, to analysis the influential elements of pipe roof role from calculated results.

(4)Taking the You Zhu Shan tunnel for example,specifically addressed the forepoling’s uses and parameter inreality.

Key word:Forepoling;Small pipe grouting;pipe roof;MATLAB;YouZhuShan tunnel

目 录

1 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的和意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 国内外应用现状 3

1.5 存在的问题 4

1.6 研究内容 5

2 超前小导管和管棚预支护的机理分析 6

2.1 超前小导管预加固支护机理 6

2.1.1 小导管自身加固机理 6

2.1.2 注浆加固原理 6

2.1.3 小导管注浆支护拱效应 7

2.1.4 小导管预注浆参数选择 8

2.2 管棚预支护原理 11

2.3 管棚预支护参数 12

2.3.1 钢管参数 12

2.3.2 管棚注浆参数选择 13

2.4 对比与分析 14

3 油竹山隧道管棚设计与施工 16

3.1 油竹山隧道工程概况 16

3.2 地形、地貌及气象条件 17

3.2.1 地形地貌 17

3.2.2 地表水系 17

3.2.3 气象特征 17

3.3 油竹山隧道工程技术难点 18

3.4 隧道进口段管棚设计 18

3.4.1 长管棚设计参数 18

3.4.2 导向管和管棚的安装 19

3.4.3 管棚注浆参数 21

4 管棚支护结构设计的优化研究 22

4.1 基本假定 22

4.2 管棚结构力学模型地建立 22

4.3 管棚挠度微分方程的求解 26

4.3.1 微分方程的通解 26

4.3.2 管棚的边界条件及积分常数的确定 27

4.3.3 计算参数的确定 28

4.3.4 利用MATLAB计算系数 30

4.4 管棚参数选取对支护效应的影响 35

4.4.1 直径 35

4.4.2 不同的开挖进尺 38

4.4.3 不同的隧道埋深 40

4.4.4 开挖高度 42

4.5 对比优化 42

5 隧道洞口管棚施工工艺 43

5.1 管棚施工工艺的流程 43

5.2 管棚施工方法 43

5.2.1 明洞仰坡支护 43

5.2.2 护拱施工 44

5.2.3 搭设钻机施工作业平台 44

5.2.4 钻孔 44

5.2.5 清孔 45

5.2.6 安装管棚钢花管和钢筋笼 45

5.2.7 注浆 45

5.3 管棚施工的质量控制 46

5.4 计算工程量 47

6 主要结论结论与展望 49

6.1 主要结论 49

6.2 展望 49

致 谢 50

参考文献 51

1 绪论

1.1 研究背景

我国是个多山的国家,约有75%的国土为山地或重丘,发展隧道技术,开展隧道建设,对改善山区交通条件,促进区域经济发展具有重要意义。截至2016年底,全国公路隧道达5446处,326万延米,其中,3000m以上的特长隧道130处、57万延米,我国已发展成为世界公路隧道大国。在山岭和丘陵地区乃至越江过河的公路建设中,隧道方案以能缩短行车里程,提高线型标准,保障运营安全,保护生态环境等优点,得到普遍应用,并且越修越长,规模越来越大。许多特长隧道、大跨度扁平隧道、双层隧道、沉管隧道、盾构隧道、高海拔隧道、寒区隧道相继建成。在坚持可持续发展,切实保护生态环境和有限土地资源的战略指导下,长大隧道的建设必然任务越来越重,技术要求越来越高。在山岭及丘陵地区修建隧道,虽然有很多优点,但同时面临着很多技术难题。据调查统计,在我国发生的各种隧道工程建设中,开挖隧道中的软弱松散围岩是引发工程事故的主要原因。软弱破碎围岩隧道因其围岩的强度较低,抗扰动能力较差,在施工工程中,一旦支护方法或施工不当,容易导致掌子面的坍塌,甚至隧道的坍塌[1]。管棚超前支护作为隧道开挖的辅助施工方法,能够有效的解决上述工程问题,被广泛应用于地下工程建设领域。然而就管棚超前支护技术而言,其支护作用机理、管棚变形特征、设计施工的合理性还存在着较多的不确定性,还有待进一步的研究。

1.2 研究目的和意义

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