【摘要】：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,煤炭能源消耗量逐年增長(zhǎng),許多煤礦已進(jìn)入深部開(kāi)采階段。采用安全高效的TBM施工工法,以斜井形式快速進(jìn)入開(kāi)采工作面已成為目前深部煤礦開(kāi)采的首選方案。在深部高地應(yīng)力軟巖中采用TBM工法修建煤礦斜井時(shí),如何有效地減小作用在管片襯砌上的塑性形變壓力及保證隧道在具有顯著蠕變效應(yīng)的軟巖中的長(zhǎng)期安全性,成為斜井設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵難題。本文以神華新街臺(tái)格廟礦區(qū)TBM工法長(zhǎng)距離試驗(yàn)斜井工程為依托,結(jié)合煤炭聯(lián)合基金項(xiàng)目《復(fù)雜條件下TBM(盾構(gòu))修建煤礦巷道(斜井)的襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論》,針對(duì)斜井"大埋深、軟弱圍巖"的特點(diǎn),分別開(kāi)展深埋軟巖隧道基于應(yīng)變軟化模型的彈塑性分析、TBM施工合理灌漿滯后距離以及蠕變效應(yīng)下的長(zhǎng)期安全性研究,以期為單護(hù)盾TBM過(guò)軟巖段施工難題提供參考。本文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)基于應(yīng)變軟化模型,推導(dǎo)得到深埋圓形巷道受非軸對(duì)稱(chēng)荷載作用下的圍巖位移、應(yīng)力及塑性區(qū)范圍的解析解。結(jié)果表明,應(yīng)變軟化模型的塑性區(qū)半徑大于理想彈塑性模型的結(jié)果,但兩者塑性區(qū)的分布規(guī)律一致。在此基礎(chǔ)上,利用FLAC3D內(nèi)置應(yīng)變軟化模型模擬隧道圍巖,研究不同程度的粘聚力軟化、內(nèi)摩擦角軟化及剪脹角軟化對(duì)隧道開(kāi)挖支護(hù)后的圍巖位移、塑性區(qū)范圍和管片應(yīng)力的影響,結(jié)果表明,隨軟化程度的加大,圍巖位移、塑性區(qū)范圍及管片應(yīng)力均有所增大,從而說(shuō)明對(duì)深埋軟巖隧道,考慮巖體的應(yīng)變軟化效應(yīng)是十分必要的。(2)借助FLAC3D內(nèi)置應(yīng)變軟化模型模擬隧道圍巖,對(duì)采用管片預(yù)留可壓縮層支護(hù)施工工藝的單護(hù)盾TBM開(kāi)挖和支護(hù)隧道進(jìn)行數(shù)值模擬,研究圍巖位移和管片應(yīng)力隨豆礫石層灌漿滯后距離的變化規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明,隨豆礫石層灌漿滯后距離的增大,圍巖位移逐漸增大,而管片應(yīng)力逐漸減小。在此基礎(chǔ)上,以管片第一主應(yīng)力最大值開(kāi)始小于管片混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)的滯后距離為最短滯后距離,以圍巖位移增長(zhǎng)速率明顯減小時(shí)的滯后距離作為合理滯后距離,由此確定了不同埋深情況下的豆礫石層合理灌漿滯后距離。(3)采用FLAC3D內(nèi)置Burgers黏彈塑性蠕變本構(gòu)模型,對(duì)大埋深軟巖隧道長(zhǎng)期蠕變效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。分析在不同埋深、不同側(cè)壓力系數(shù)情況下的煤礦斜井,在建成100年內(nèi)圍巖位移和管片應(yīng)力隨時(shí)間的變化規(guī)律,以研究隧道的長(zhǎng)期安全性。
[Abstract]:With the rapid development of national economy, the consumption of coal energy increases year by year, many coal mines have entered the stage of deep mining. Using the safe and efficient TBM construction method to enter the mining face quickly in the form of inclined shaft has become the first choice of deep coal mining at present. How to effectively reduce the plastic deformation pressure acting on segment lining and ensure the long-term safety of tunnel in soft rock with significant creep effect when TBM method is used to build inclined shaft in deep soft rock with high ground stress, how to effectively reduce the plastic deformation pressure acting on segment lining. It has become a key problem in the design and construction of inclined wells. In this paper, based on the TBM long distance test inclined shaft project in Shenhua Xinjie Taigemiao mining area, the basic theory of lining structure design of coal mine roadway (inclined shaft) built by TBM under complex condition is combined with the coal joint fund project <. In view of the characteristics of "large buried depth and soft surrounding rock" in inclined well, the elastic-plastic analysis of deep buried soft rock tunnel based on strain softening model, the reasonable grouting lag distance of TBM construction and the long-term safety study under creep effect are carried out respectively. In order to provide a reference for the construction of single shield TBM soft rock section. The main contents and results of this paper are as follows: (1) based on the strain softening model, the analytical solutions of the displacement, stress and plastic zone range of surrounding rock of deep buried circular roadway under the action of non-axisymmetric loads are derived. The results show that the plastic zone radius of the strain softening model is larger than that of the ideal elastoplastic model, but the distribution of the plastic zone is consistent between the two models. On this basis, the FLAC3D strain softening model is used to simulate the surrounding rock of the tunnel. The effects of different degrees of cohesive softening, internal friction angle softening and shear expansion angle softening on the displacement, plastic zone range and segment stress of the surrounding rock after the excavation of the tunnel are studied. The results show that with the increase of softening degree, the displacement of surrounding rock, the range of plastic zone and the stress of segment are all increased. It is very necessary to consider the strain softening effect of rock mass. (2) with the help of FLAC3D strain softening model to simulate the surrounding rock of tunnel, the excavation and supporting tunnel of single shield TBM with segment reserved compressible layer are numerically simulated. The variation of surrounding rock displacement and segment stress with the lag distance of bean-gravel grouting was studied. The results show that the displacement of surrounding rock increases gradually and the stress of segment decreases with the increase of the lag distance of grouting in the pea gravel bed. On this basis, when the maximum of the first principal stress of the segment begins to be less than the design strength of the segment concrete, the minimum lag distance is taken as the minimum lag distance, and the lag distance of the displacement growth rate of surrounding rock is taken as the reasonable lag distance. Therefore, the reasonable grouting lag distance in different buried depth is determined. (3) the long-term creep effect of soft rock tunnel with large buried depth is studied by using FLAC3D built-in Burgers viscoelastic-plastic creep constitutive model. In order to study the long-term safety of tunnel, the variation law of surrounding rock displacement and segment stress with time within 100 years after completion of inclined shaft in coal mine under different buried depth and different lateral pressure coefficient is analyzed.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TD55

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本文編號(hào)：2392430