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1、黄土分岔隧道开挖效应模型试验研究随着人们对地下空间认识的提高, 越来越多的城市地铁、地下综合管廊和地下街等隧道建设项目涌现出来, 目前关于复杂隧道的研究主要集中在平行、交叉和分岔等类型的隧道 , 对于黄土分岔隧道交叉段的研究还较少, 主要体现在 : 交叉隧道的设计施工 , 主要依靠普通隧道的设计施工规范进行, 没有一套完整的、针对黄土分岔隧道特征的理论和方法。因此, 有必要对黄土分岔隧道开挖过程中围岩和初期支护钢拱架的受力变形规律进行研究。本文针对黄土分岔隧道交叉段的开挖效应, 采用模型试验和数值分析的手段,研究围岩压力的变化规律、 钢拱架应变变化特征、 围岩位移规律和衬砌应力分布特征 , 主
2、要研究内容和成果如下: （1）总结了近年来国内外一些学者对平行双洞隧道、立体交叉隧道、小净距隧道和分岔隧道等复杂隧道形式的研究成果, 设计制造了大尺寸模型试验系统, 进行了黄土分岔隧道交叉段在初期支护钢拱架存在条件下的开挖模拟试验 , 研究开挖过程中围岩及钢拱架的受力变形规律。（2）通过试验获得的围岩应力监测数据对比分析主洞开挖、岔洞开挖过程中, 与交叉口距离不同的位置处围岩应力的变化情况, 对比主洞和岔洞开挖的相互影响, 分析开挖结束后围岩理论应力释放率。试验分析结果阐明 : 掌子面对围岩的影响范围在掌子面前后1.752.25D （ D为隧道跨径） , 主洞开挖对围岩深部应力的影响范围约 1
3、.25D, 岔洞掌子面距离交叉口 1.5D 以内时主洞围岩受影响 , 隧道交叉口附近的围岩理论应力释放率最高。 （3）利用有限差分程序 FLAC3D,建立了交叉隧道的三维数值模型 , 并对施工过程进行了模拟 , 分析施工过程中围岩的变形规律得出 : 交叉隧道贯通后 , 交叉口上方地表产生沉降坑, 沉降坑的形状不规则 , 后开挖段的总沉降量大于先开挖段 ; 隧道内围岩位移方向都是朝洞内方向 , 同一断面内拱顶总沉降量最大 , 直墙水平收敛值在距离直墙顶约 1/4 墙高的位置最大 ; 为减小交叉口附近的围岩位移 , 可缩短开挖进尺、及时支护。（4）对比试验和数值模拟结果 , 分析钢拱架应变变化特征和衬砌应力分布规律得出 : 钢拱架拱顶、拱肩、墙腰和底部都向隧道内变形 , 交叉口处钢拱架变形更严重 , 且在同一断面中拱顶和底部的总应变变化值较大。 无仰拱时 , 衬砌在墙脚和交叉口底部的应力集中度最高 , 且衬砌底部产生拉应力、压应力呈条带状交错分布的现象 , 受力状态极差 , 最容易发生结构破坏。