摘要:21世纪以来，我国经济持续快速增长，交通行业保持迅速发展。国家也积极建设基础设施，推进各类交通项目的建设。中国目前已成为世界上隧道最多、隧道施工技术发展最快、地下空间结构最复杂的国家。近年来在高等级的公路、铁路隧道和城市隧道建设中涌现出了许多大断面隧道工程。大断面、长距离、数量多、埋深大将是接下来我国隧道建设发展的总趋势。本文关注大断面隧道开挖掘进面的稳定分析。

-首先介绍了大断面隧道的定义、主要用途及发展趋势、特点及风险和实际工程案例。接着介绍了大断面隧道施工方法的分类方式，介绍了常见的施工方法，优缺点和使用条件，然后对矿山法的五种施工方法进行了比较。

-接下来介绍了开挖面失稳机理和通过计算极限支护压力分析稳定性的方法。然后介绍了极限分析上限法，也是本模型计算极限支护压力使用的理论。接下来提出了一个在纯黏土中的圆形隧道的开挖面前方的塑性变形区域和速度场模型，再提出了一个用于计算的微分模型。通过纯粘土的正常变形条件，即塑性变形体积不变的条件，再使用极限分析上限法计算得到开挖面极限支护压力。之后又分析了工况中的各因素对极限支护压力的影响。最后将本章提出的模型、算法等编成了一个可以直接使用的Matlab程序，完整程序见附录。

-最后结合港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段的工程实例，介绍了其施工采用的五台阶十四部开挖法。使用等代圆法将每个工作面转化为等价的圆形截面，再使用编好的Matlab程序计算了台阶法中十四个开挖面的极限支护压力和假设使用全断面法的极限支护压力。通过等代圆法，验证了本文第四章提出的计算模型和算法，以及编写的Matlab程序可以用于各种不规则形状的大断面隧道。

关键词：大断面隧道 开挖面稳定分析 纯黏土 极限分析上限法 速度场

目录

摘要

Abstract

第一章-绪论-4

第1.1节 研究背景-4

第1.2节 国内外研究现状-4

第1.3节 论文的研究内容及技术路线-5

第二章 大断面隧道-7

第2.1节 大断面隧道的定义-7

第2.2节 大断面隧道的主要用途及发展趋势-7

第2.3节 大断面隧道的特点及风险-10

第2.4节 大断面隧道的实际工程案例-11

第2.5节 小结-12

第三章 大断面隧道的施工方法-13

第3.1节 大断面隧道施工方法的分类-13

第3.2节 大断面隧道施工方法介绍-13

第3.3节 大断面隧道施工方法比较和选择-21

第3.4节 小结-23

第四章 开挖面稳定分析模型及计算-24

第4.1节 概述-24

第4.2节 开挖面失稳机理-24

第4.3节 极限分析上限法-24

第4.4节 土体的塑性变形区域及速度场-25

第4.5节 微分模型及计算方法-27

第4.6节 各因素对开挖面稳定性的影响分析-31

第4.7节 在MATLAB环境下运行的计算程序-32

第4.8节 小结-32

第五章 算例与分析-34

第5.1节 概述-34

第5.2节 工程概况-34

第5.3节 施工方法介绍-35

第5.4节 等代圆法-35

第5.5节 开挖面极限支护压力计算与分析-36

第5.6节 小结-37

第六章 结论-38

参考文献-39

致谢-41

附录-42