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研究生:蘇哲雋
研究生(外文):Che-Chun Su
論文名稱:新奧工法於土壤隧道之開挖行為研究
論文名稱(外文):Deformation of The Soil Tunnel by the NATM
指導教授:歐章煜歐章煜引用關係
指導教授(外文):Chang-Yu Ou
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:145
中文關鍵詞:新奧工法開挖監測資料數值分析
外文關鍵詞:NATMexcavationmonitoring datanumerical analysis
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本研究目的為利用湖口隧道監測資料及數值分析,探討採用新奧工法所施工之土壤隧道開挖行為,並研究可能造成過量變形之成因,以利未來在隧道工程上,對於沉陷量之控制與預測,能有更佳的成效。而所採用的二向度數值分析軟體則為Plaxis 8.6,以二向度平面應變來模擬三向度隧道開挖之行為,並導入stress reduction method來彌補以二向度模擬隧道開挖時,無法確實模擬的三向度拱效應行為,建立一個二向度的合理模擬模式。最後再經由與現地監測結果做ㄧ比較,探討其數值分析之合理性與差異性。研究結果顯示,從監測資料之整理發現,掘進開挖面所影響土體發生變形的範圍,約為開挖面前後2.5倍的隧道直徑;對於台階開挖面與仰拱開挖面之間距,也建議至少保持2.0公尺以上的距離,以確保實際施工之安全性。從數值分析之結果發現,採台階工法分段開挖之隧道,主要沉陷量皆發生於開挖上半斷面之階段,且約佔總沉陷量的85%。
The purpose of this study is to investigate the behavior of the soil tunnel, located in HOKOU, by the NATM using monitoring data and numerical analysis and find out why over-settlement during excavation is produced. The results can be used to predict and control the settlement of tunnel during excavation in the future. This study uses Plaxis 8.6, a plane strain finite element program, with the stress reduction method, to simulate the three-dimensional behavior of tunnel excavation. Compared with the in-situ measurement data, a reasonable simulation method is established. It is found from this study that range of the tunnel deformation induced by excavation is about 2.5 times tunnel diameter from the excavation face. A minimum of 2.0 m between the bench and invert excavation faces should be maintained to ensure the safety of tunnels during construction. It is found from the numerical analysis that the main settlement happened during tunnel heading excavation, which accounts for about 85% of the total settlement.
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究內容 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 隧道淨空變形量影響因素 3
2.1.1 開挖工作面推進的影響 4
2.1.2 時間效應之影響 4
2.1.3 同時考慮掘進前進工作面及時間效應之影響 5
2.1.4 同時考慮掘進前進工作面、時間效應及支撐作用之影響 6
2.2 延遲支撐之影響 8
2.3 隧道分階開挖之影響 9
2.4 隧道開挖之數值模擬 11
2.4.1 Core support method 11
2.4.2 Lining reduction method 12
2.4.3 Stress reduction method 12
第三章 數值分析方法 15
3.1 Plaxis程式簡介 15
3.1.1 Plaxis基本操作 16
3.1.2 Plaxis指令說明 17
3.1.3 Plaxis組合律模式 18
3.1.4 Plaxis材料行為 22
3.2 隧道分析之基本假設 24
3.3 隧道開挖模擬流程 25
第四章 湖口隧道之案例研究與數值模擬 27
4.1湖口隧道簡介 28
4.2 地形與地質 29
4.2.1 隧道地質概述 29
4.2.2 隧道沿線工程地質特性 29
4.3 隧道設計概述 30
4.3.1 隧道岩體分類與支撐類型 31
4.3.2 隧道開挖方式 31
4.3.3 輔助工法 32
4.4 隧道監測計畫 33
4.4.1 監測原則及設備 33
4.4.2 監測位置 34
4.4.3 監測頻率 34
4.4.4 監測控制準則 35
4.5 隧道開挖行為 35
4.5.1 監測點之沉陷量 36
4.5.2 隧道工作面對掘進變形之影響 36
4.6 未開挖仰拱長度 37
4.7 有限元素分析 38
4.7.1 邊界範圍與邊界條件 39
4.7.2 材料參數 39
4.7.3 建立有限元素網格 40
4.7.4 初始條件之數值模擬 40
4.7.5 施工步驟之數值模擬 41
4.7.6 有限元素分析之結果 43
4.7.7 分析結果與監測資料之比較 45
第五章 結論與建議 47
5.1 結論 47
5.2 建議 48
參考文獻 50
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