簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳銘風
Ming-feng Chen
論文名稱: 三孔隧道於不同節理傾角開挖交互影響之探討
Study On Mutual Influenc of Three Tube Tunnels Excavation In Different Joint andDip Angle Formation
指導教授: 陳志南
Chee-Nan Chen
口試委員: 張龍均
none
陳堯中
Yao-Chung Chen
謝玉山
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 200
中文關鍵詞: 三孔隧道
外文關鍵詞: THREE TUBE TUNNELS
相關次數: 點閱:182下載:5
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 論文摘要
    近年來三孔隧道之施工案例已有增多之趨勢,探討三孔平行隧道開挖後之交互影響行為,也一直是工程界深感興趣的問題之一,雖然影響隧道開挖後變形之因素很多,但是若能事先充份掌握地質資料,利用電腦軟體進行數值分析作為隧道設計和施工之參考依據,將會是多孔隧道開挖成功之重要工具。
    本研究以UDEC二維數值分析程式模擬雪山隧道之開挖,探討在四種不同節理傾角及四個開挖階段中,三座平行隧道之變位、應力變化、塑性區之發展,分析結果顯示,兩座主隧道的開挖對已開挖完成之中間隧道側壁變位會有交互影響作用,而在四種不同節理情況下又以水平節理開挖時產生之頂拱沉陷量最大,在各開挖階段完成時,各隧道之變位增率最大值皆發生在其本身開挖階段。


    ABSTRACT
    For the past few years, three tube tunnels construction have a tendency of increasing. Mutual influence of three horizontal tube tunnels during excavation has became one interesting topic in the field. Many factors can induce tunnel deformation during excavation. However, if the geological information in advance can be adequately commanded and suitable software can be used to for tunneling design and construction, it will be a useful measure to the success of multi-tube tunnel excavation.
    UDEC was used for numerical analysis to simulate the excavation of the Hsuehshan Tunnel in the research. The stress and deformation adjustment, development of plasticity zone during tunneling in four different types of joint and dip angle formation and four stages of tunnel excavation were analyzed. The results show that the side wall of pilot tunnel which located between two main tunnels may cause the mutual influence during the excavation of the two main tunnels. The largest deformation was happened at tunnel roof with horizontal joint.The highest rate in deformations always occurs at the stage of its own excavation.

    目 錄 中文摘要I 英文摘要II 誌謝III 目錄IV 表目錄VII 圖目錄IX 附錄XII 第一章 緒論1 1.1 前言1 1.2 研究動機1 1.3 研究內容2 第二章 文獻回顧3 2.1 隧道開挖工法3 2.2 隧道災害之種類5 2.3 岩體之破壞型式7 2.4 節理參數7 2.5 隧道數值模擬相關研究10 第三章 數值分析背景12 3.1 工程概述12 3.2 主要地質構造12 3.3 施工背景18 第四章 數值分析方法19 4.1 UDEC簡介19 4.2 UDEC程式運算原理20 4.3 UDEC行為模式21 4.4 基本術語定義25 4.5 分析流程及基本輸入指令說明27 4.6 本研究之分析模式29 4.7 岩體材料參數31 4.8 模型不穩定時之處理方式34 第五章 分析結果與討論35 5.1 數值模式35 5.2 不同節理傾角對隧道開挖之影響36 5.3 不同開挖階段及不同節理傾角之變位增率探討38 5.4 塑性區之探討40 5.5 四種不同節理傾角θ與各開挖階段之應力探討42 5.6 上支撐之影響探討43 第六章 結論與建議46 6.1 結論46 6.2 建議47 參考文獻49 表 目 錄 表4.1 UDEC塊體組合律模式52 表4.2 UDEC節理組合律模式53 表5.1 節理水平(θ=0°)各開挖階段σxx、σyy及K值統計表54 表5.2 傾斜節理(θ=30°)各開挖階段σxx、σyy及K值統計表 56 表5.3 傾斜節理(θ=60°)各開挖階段σxx、σyy及K值統計表 58 表5.4 傾斜節理(θ=90°)各開挖階段σxx、σyy及K值統計表 60 表5.5 節理水平(θ=0°)各開挖階段完成時之變位62 表5.6 傾斜節理(θ=30°)各開挖階段完成時之變位63 表5.7 傾斜節理(θ=60°)各開挖階段完成時之變位64 表5.8 傾斜節理(θ=90°)各開挖階段完成時之變位65 表5.9 各開挖階段不同節理傾角θ頂拱變位增量最大值之變位率66 表5.10 各開挖階段不同節理傾角θ右側壁變位增量最大值之變位率 66 表5.11 各開挖階段不同節理傾角θ左側壁變位增量最大值之變位率 67 表5.12 各開挖階段不同節理傾角θ仰拱變位增量最大值之變位率67 表5.13 節理水平(θ=0°)各開挖階段σxx、σyy及K值統計表 (加支撐情況)68 表5.14節理水平(θ=0°)各開挖階段完成時之變位(加支撐情況) 70 表5.15鋼絲網噴凝土參數一覽表71 表5.16 四個開挖階段完成時之頂拱最大變位增量(θ=0°) (無支撐與加支撐之比較)72 表5.17 四個開挖階段完成時之右側壁最大變位增量(θ=0°) (無支撐與加支撐之比較)72 表5.18 四個開挖階段完成時之左側壁最大變位增量(θ=0°) (無支撐與加支撐之比較)73 表5.19 四個開挖階段完成時之仰拱最大變位增量(θ=0°) (無支撐與加支撐之比較)73 圖 目 錄 圖2.1 岩體常見破壞型式74 圖3.1 北宜高速公路全線路線圖75 圖3.2 雪山隧道配置透視圖76 圖3.3 雪山隧道通風系統示意圖77 圖3.4 雪山隧道全線地質剖面圖78 圖4.1 UDEC程式中每一時階之計算流程示意圖79 圖4.2 UDEC柔性塊體接觸方式圖80 圖4.3 UDEC模型基本術語說明81 圖4.4 UDEC之ㄧ般運算流程82 圖4.5 邊界束制條件83 圖4.6 側向壓力係數K與覆土深度之關係84 圖5.1 數值模擬隧道位置配置圖85 圖5.2 數值分析模式(a)分析參數示意圖(b)θ=0°之情況86 圖5.3 本研究分析所採用之隧道開挖順序87 圖5.4 隧道變位定義示意圖88 圖5.5 θ=0°之情況 (a)導坑與主坑在各開挖階段完成時之頂拱變位89 (b)導坑與主坑在各開挖階段完成時之右側壁變位89 (c)導坑與主坑在各開挖階段完成時之左側壁變位90 (d)導坑與主坑在各開挖階段完成時之仰拱變位90 圖5.6 θ=30°之情況 (a)導坑與主坑在各開挖階段完成時之頂拱變位91 (b)導坑與主坑在各開挖階段完成時之右側壁變位91 (c)導坑與主坑在各開挖階段完成時之左側壁變位92 (d)導坑與主坑在各開挖階段完成時之仰拱變位92 圖5.7 θ=60°之情況 (a)導坑與主坑在各開挖階段完成時之頂拱變位93 (b)導坑與主坑在各開挖階段完成時之右側壁變位93 (c)導坑與主坑在各開挖階段完成時之左側壁變位94 (d)導坑與主坑在各開挖階段完成時之仰拱變位94 圖5.8 θ=90°之情況 (a)導坑與主坑在各開挖階段完成時之頂拱變位95 (b)導坑與主坑在各開挖階段完成時之右側壁變位95 (c)導坑與主坑在各開挖階段完成時之左側壁變位96 (d)導坑與主坑在各開挖階段完成時之仰拱變位96 圖5.9 主坑開挖順序造成導坑側壁壁體變形示意圖97 圖5.10 各開挖階段不同節理傾角θ頂拱變位增量最大值之正規化98 圖5.11 各開挖階段不同節理傾角θ右側壁變位增量最大值之正規化 98 圖5.12 各開挖階段不同節理傾角θ左側壁變位增量最大值之正規化 99 圖5.13 各開挖階段不同節理傾角θ仰拱變位增量最大值之正規化99 圖5.14 θ=0°加支撐之情況 (a)導坑與主坑在各開挖階段完成時之頂拱變位(加支撐)100 (b)導坑與主坑在各開挖階段完成時之右側壁變位(加支撐) 100 (c)導坑與主坑在各開挖階段完成時之左側壁變位(加支撐)101 (d)導坑與主坑在各開挖階段完成時之仰拱變位(加支撐)101 圖5.15 水平節理在各開挖階段頂拱變位增量最大值之正規化比較 (無支撐與加支撐比較)102 圖5.16 水平節理在各開挖階段右側壁變位增量最大值之正規化比較 (無支撐與加支撐比較)102 圖5.17 水平節理在各開挖階段左側壁變位增量最大值之正規化比較 (無支撐與加支撐比較)103 圖5.18 水平節理在各開挖階段仰拱變位增量最大值之正規化比較 (無支撐與加支撐比較)103 附 錄 附錄A 各開挖階段完成時之塑性區圖、主應力分佈圖、變位向量圖 (θ=0°之情況無支撐)104 附錄B 各開挖階段完成時之塑性區圖、主應力分佈圖、變位向量圖 (θ=30°之情況無支撐)120 附錄C 各開挖階段完成時之塑性區圖、主應力分佈圖、變位向量圖 (θ=60°之情況無支撐)136 附錄D 各開挖階段完成時之塑性區圖、主應力分佈圖、變位向量圖 (θ=90°之情況無支撐)152 附錄E 各開挖階段完成時之塑性區圖、主應力分佈圖、變位向量圖 (θ=0°加支撐之情況)168

    參考文獻
    1.中興工程顧問股份有限公司,「國道北宜高速公路計畫雪山工程地質調查工作綜合報告」(里程27K+742~40K+681),國道新建工程局(2004)。
    2.呂文帝,「以UDEC模擬淺層礫石隧道開挖之適用性探討」碩士論文,國立台灣科技大學營建工程技術研究所,台北(1994)。
    3.林志明,「岩石隧道掘進之變形行為研究」,博士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北(2000)。
    4.洪秋金,「隧道地盤反應、曲緘及破裂去發展之三項度數值分析」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程技術研究所,台北(1995)。
    5.孫秉聖,「規則節理岩盤中隧道開挖之影響研究」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程技術研究所,台北(1996)。
    6.徐鐵良,「地質與工程」,台灣工程基本資料叢書之四,中國工程師學會,第31~48頁,台北(1989)。
    7.許振文,「仰拱閉合及交互掘進對隧道開挖行為之影響研究」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北(2003)。
    8.陳敏璋,「隧道頂導坑工法穿越不同節理之數值分析探討-以雪山隧道為例」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北(2005)。
    9.張嘉興,「岩坡穩定之數值分析探討-以溪阿公路岩坡為例」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北(2004)。
    10.郭俊何,「順向坡發之工程穩定性探討」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北(2000)。
    11.張吉佐,「地下岩石工程開挖支撐設計回顧」,地工技術雜誌,第19期,第39~46頁(1987)。
    12.黃治,「隧道施工技術」,隧道工程實務(陳志南主編),科技圖書股份有限公司,台北,第111~123頁(1999)。
    13.曾大仁,「隧道工程災變處理實務」,隧道工程實務(陳志南主編),科技圖書股份有限公司,台北,第147~170頁(1999)。
    14.曾大仁、林振基,「雪山隧道規劃計畫施工」,土木水利,第30卷,第4期,第14~27頁,(2003)。
    15.賈儒龍,「迂迴隧道開挖對主道力學行為之影響」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北(2003)。
    16.楊良義與黃燦輝,「人工規則節理岩體單軸壓力強度之研究」,中國土木水利工程學刊,第七卷,第四期,第359~408頁(1995)。
    17.劉弘祥、張龍均,「坪林隧道導坑工程之設計施工概況」,地工技術雜誌,第45期,第83~91頁,(1994)。
    18.蔡明儒,「以數值模擬淺層覆蓋隧道與邊坡之互制行為研究-以新店一號隧道為例」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程技術研究所,台北(1996)。
    19.鄺寶山與王文禮,「FLAC程式於隧道工程之實例分析」,地工技術雜誌,第41期,第50~61頁(1993)。
    20.龔台慶,「節理傾角、地下水及開挖工法對隧道開挖變形行為影響之探討」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,台北(2001)。
    21.Bray, J.W., A Study of Jointed and Fractured Rock ,Vol.5,pp.117~136,(1966)。
    22.Goodman , R. E., Introduction to Rock Mechanics , Second Ed., Chapter 3,p56,(1989).
    23.Hoek , E & Brown, E. T., Underground Excavations in Rock, IMM, London,. pp.87~182,(1980)
    24.Hoek , E. & Brown, E. T., Underground Excavations in Rock, Revised First Ed., pp.87~182,(1982)
    25.Hoek , E., and Brown, E. T., Hoek-Brown Failure Criterion – 2002 Edition ,(2002)
    26.ITASCA Consulting Group , Inc., UDEC:Universal Distinct Element Code , User’s Manual , Version 3.0 , Minneapolis , Minnesota , U.S.A(1996).
    27.Lama , R. D. & Vutukuri , Handbook on Mechanical Properties of Rocks-testing Techniques and Results , Vol.IV , pp.1~204, (1978)

    QR CODE