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1、建筑工程管理高速铁路大断面黄 土隧道施工数值模拟 建筑工程管理高速铁路大断面黄 土隧道施工数值模拟 二二 * 届届 毕毕 业业 设设 计计 高速铁路大断面黄土隧道施工数值模拟高速铁路大断面黄土隧道施工数值模拟 学 院：*学 院：* 专 业：*专 业：* 姓 名：*姓 名：* 学 号：*学 号：* 指导教师：*指导教师：* 完成时间：20*年 6 月 10 号完成时间：20*年 6 月 10 号 二*年六月二*年六月 摘 要摘 要 郑州至西安的客运专线为国内首批拟建的高速客运专线，该线位于中国黄 土分布的中心地带，全线穿过黄土段的隧道累计里程长达 65 km。黄土因其具有 特殊的成分和性质而在工
2、程地质中占据特殊的地位， 其工程特征表现出与普通岩 石隧道相当大的差异，郑州至西安铁路客运专线黄土隧道特征最具典型性,围岩 属 V 级 Q3 新黄土。该线隧道均为双线隧道，开挖面积达 174 m2，是目前国内开 挖断面最大的黄土隧道。 本文总结了大断面黄土隧道的研究现状及存在的主要问题， 分析了隧道断面 分类、高速铁路隧道的技术特点、黄土隧道工程特性、黄土地基沉降及其加固的 理论，并在综合分析当前大断面黄土隧道发展的基础上，依托郑西客运专线凤凰 岭黄土隧道工程背景，以解决高速铁路大断面黄土隧道关键施工技术为出发点， 应用大型通用有限元软件 ANSYS 为计算手段， 对湿陷性黄土隧道全断面施工方
3、法 和弧形导坑法的安全性进行了对比的分析和研究，得出了一些结论和建议。 关键词：大断面，黄土隧道，弧形导坑法，数值模拟 ABSTRACTABSTRACT The first batch domestic proposed high-speed passenger dedicated line is from Zhengzhou to Xi an. The line is located in the center of loess distribution, and the whole line across the loess section is almost 65 km. Because
4、 of its special composition and properties, loess occupies a special place in the engineering geology, and the engineering features show considerable difference with ordinary rock tunnel. The line from Zhengzhou to Xi an features the most typical loess tunnel, and the surrounding rock grade V new Q3
5、 loess. This line is based on double line tunnel, and the tunnel excavation area of 174 m2 is the domestic largest loess tunnel excavation section, which is unprecedented in China, and there is no experience for reference to the construction of this tunnel. In this paper, I did some research of the
6、present situation and main problems of the loess tunnel of large section and classification of tunnel cross section, the technical features of high-speed railway tunnel, the engineering properties of loess tunnel, loess foundation settlement and consolidation theory. Based on the comprehensive analy
7、sis on the basis of the current development in loess tunnel of large section, relying on this loess tunnel engineering background, in order to solve the key construction technology in loess tunnel of large section of high speed railway, using large-scale general finite element software ANSYS as the
8、calculating method, analyzing and researching the arc heading construction safety performance, I work out some conclusions and suggestions. KEYWORDSKEYWORDS: large cross section, loess tunnel, numerical simulation, arc pilot tunnel method 目 录 第一章 绪论.1 1.1 黄土隧道研究的背景及意义 .1 1.2 国内外黄土隧道研究现状及存在的问题 .1 1.3
9、 本文研究内容与方法 .5 第二章 高速铁路黄土隧道相关特性介绍.7 2.1 隧道断面分类 .7 2.2 高速铁路隧道施工特点 .7 2.3 黄土工程特性 .9 2.4 黄土地基沉降问题描述 .10 2.4.1 黄土的湿陷性质.10 2.4.2 黄土的湿陷性评价.10 2.4.3 黄土隧道地基的湿陷性问题.11 2.5 黄土地基加固处理方法 .12 2.6 复合地基现有沉降理论与方法 .12 第三章 数值模拟方法简介.14 3.1 有限元的基本思想和优点 .14 3.2 有限元数值模拟过程 .14 3.3 Ansys 软件介绍.16 3.4 Ansys 软件平面弹塑性分析过程.17 3.4.1
10、 计算假定.18 3.4.2 弹塑性分析选项设置.18 3.4.3 单元的生死.20 第四章 高速铁路大断面黄土隧道施工数值模拟分析.22 4.1 凤凰岭隧道工况 .22 4.2 建立模型 .22 4.2.1 弧形导坑法.23 4.2.2 全断面开挖.24 4.3 分部开挖 .25 4.3.1 弧形导坑法.25 4.3.2 全断面开挖.31 4.4 模拟结果及分析 .34 4.4.1 弧形导坑法.34 4.4.2 全断面开挖.35 4.4.3 对比分析.35 结论.37 致谢.38 参考文献.39 第一章 绪论 1.1 黄土隧道研究的背景及意义 目前己经开工建设的郑西客运专线，为我国首批拟建高
11、速铁路客运专线，线 路东起中原中心城市郑州市，向西经洛阳市、三门峡市、渭南市，西止西北门户 西安市，经豫、陕两省，横贯中州大地和关中平原东部，全长 484.518 km。郑 西客运专线位于中国黄土分布中心地带，沿线黄土分布广泛，约占线路总长 90 % 左右。 黄土一般发育于气候干燥、降雨量少，蒸发量大的干旱半干早地区，由于其 特定的生成环境、发生历史、气候条件、物质成分等，因而在沉积过程中形成了 其特有的结构形式，表现出独特的物理、化学和力学性质。特别是受水浸蚀后结 构迅速破坏而发生显著下沉现象， 对建筑工程的安全稳定和正常使用有着巨大的 影响。历史上，由于对黄土性质认识不足，采取措施不力而造成工程事故的事件 时有发生，迫使工厂停工倒闭者有之，迫使居民搬迁者
