【摘 要】
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为了替换即将到达预期寿命的北京正负电子对撞机,中科院高能所提出了环形电子对撞机项目。环形电子对撞机项目由于设备布置等要求,需要修建高边墙超大断面地下试验大厅,试验大厅跨度和高度超过30 m,开挖面积最小要求900 m~2,工程涉及多种级别围岩,而目前可参考经验案例较少,相关设计理论研究不足,因此对超大断面地下工程进行结构设计与优化研究具有重要意义。本文以超大断面地下试验大厅为工程背景,采用理论分析
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为了替换即将到达预期寿命的北京正负电子对撞机,中科院高能所提出了环形电子对撞机项目。环形电子对撞机项目由于设备布置等要求,需要修建高边墙超大断面地下试验大厅,试验大厅跨度和高度超过30 m,开挖面积最小要求900 m~2,工程涉及多种级别围岩,而目前可参考经验案例较少,相关设计理论研究不足,因此对超大断面地下工程进行结构设计与优化研究具有重要意义。本文以超大断面地下试验大厅为工程背景,采用理论分析和数值模拟等方法,对超大断面地下硐室的断面优选、围岩压力、支护参数优化和开挖工法等展开研究,主要研究内容及成果如下:（1）利用灰色局势决策和层次分析法进行断面优选研究,以围岩级别为事件,断面形状为对策,二者组合形成决策矩阵,对矩阵中每个决策元进行计算,确定目标值,对比分析决策元的位移、应力、塑性区分布及工程量,计算得到了综合效果测度值,并据此确定了各围岩级别下的最优断面形状:Ⅲ级围岩采用直墙拱形断面,Ⅳ级与Ⅴ级围岩采用带仰拱的曲墙形断面。（2）归纳总结地下硐室破坏机制研究成果,提出了压力拱和双滑裂面楔形体组合作用的破坏机制,推导了围岩压力计算公式,与工程实测数据进行了对比,计算结果误差在30%以下;建立荷载-结构模型,采用本文提出的围岩压力计算公式,确定了Ⅳ级和Ⅴ级围岩实验大厅衬砌的合理厚度分别为40 cm和70 cm。（3）制定Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下正交试验设计方案,以结构位移为评价指标,对喷层厚度、锚索长度及预应力、锚杆长度等因素进行支护参数优化,绘制了因素指标趋势图,确定了主次顺序,并对评价指标极差大的主要因素进行回归组合设计,拟合得到了回归方程,根据回归方程确定了主要因素的支护参数。（4）建立三维模型模拟施工过程,详细对比分析不同围岩级别下不同开挖工法施工时地下洞室周边围岩产生的位移、应力和塑性区分布等几项指标,并综合考虑施工进度,确定了合适的开挖工法:Ⅲ级围岩使用两侧导洞先行中部扩挖的台阶法,Ⅳ级围岩使用双侧壁导坑法,Ⅴ级围岩使用双侧壁CRD法。
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