連拱隧道設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、20世紀(jì)90年代以來，我國的高速公路迅速向西部延伸，在山區(qū)高等級公路中，由于路線選線困難或受到其它因素的影響，連拱隧道越來越多地成為設(shè)計(jì)師們的首要選擇。根據(jù)交通部門的規(guī)劃，在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，我國高速公路的發(fā)展具有相當(dāng)大的空間。我國是一個多山國家，由于連拱隧道自身的優(yōu)點(diǎn)，在未來的公路建設(shè)中必將具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，連拱隧道設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)技術(shù)很不成熟，目前已經(jīng)建成的連拱隧道暴露出了不少問題，所有這些都為連拱隧道的大量推

2、廣形成了障礙。因此，展開連拱隧道設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題的研究對于連拱隧道的推廣應(yīng)用具有十分迫切的現(xiàn)實(shí)意義。本文的研究主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：
　　 通過與分離式隧道、小凈距隧道的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析比較，闡述了連拱隧道的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用條件。采用定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的手段，綜合分析了連拱隧道各種斷面型式的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用條件。所得結(jié)論為連拱隧道的合理應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　 以分離式隧道設(shè)計(jì)荷載計(jì)算方法及深、淺埋判別標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，通過理

3、論解析與數(shù)值模擬，引入連拱隧道影響系數(shù)，提出了采用荷載-結(jié)構(gòu)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時，連拱隧道設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算方法及深、淺埋判別標(biāo)準(zhǔn)，為連拱隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算打下了基礎(chǔ)。
　　 利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本理論，分別針對整體式中墻連拱隧道與三層式中墻連拱隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了采用荷載-結(jié)構(gòu)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時初襯、二襯及中墻內(nèi)力的具體計(jì)算模型與方法。
　　 采用數(shù)值模擬詳細(xì)分析了兩側(cè)主洞施工順序、支護(hù)時機(jī)、應(yīng)力釋放系數(shù)等因素對中墻最終受力的影響，提

4、出了采用地層-結(jié)構(gòu)法計(jì)算連拱隧道中墻最終內(nèi)力的簡化計(jì)算方法。通過對鞋底坡連拱隧道某斷面中墻內(nèi)力的計(jì)算分析表明，不論是荷載-結(jié)構(gòu)法還是地層-結(jié)構(gòu)法計(jì)算所得中墻軸力均與現(xiàn)場量測結(jié)果比較接近，這初步說明本文有關(guān)連拱隧道設(shè)計(jì)荷載、結(jié)構(gòu)計(jì)算以及中墻內(nèi)力的計(jì)算方法是合理的，為連拱隧道中墻的合理設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　 采用中墻內(nèi)力的簡化計(jì)算方法詳細(xì)分析了中導(dǎo)洞、中墻厚度、埋深、中墻與頂部圍巖接觸狀態(tài)等對中墻最終受力的影響。分析結(jié)果表明：中導(dǎo)洞

5、對中墻的最終受力影響較??；在其它條件相同的情況下，中墻軸力隨著中墻厚度、埋深的增加而增加；中墻與頂部圍巖接觸越早中墻受力越大，因此，當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較差時，應(yīng)早將中墻頂回填密實(shí)，以盡快發(fā)揮中墻對圍巖的支撐作用，但對于穩(wěn)定性較好的圍巖，則應(yīng)在中墻頂部預(yù)留適當(dāng)?shù)淖冃瘟?，以推遲中墻的受力時間、充分發(fā)揮巖體的自承能力，減少中墻受力。
　　 采用三維有限元數(shù)值模擬，研究了三層曲中墻連拱隧道中墻在施工中的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。分析結(jié)果表明中墻的穩(wěn)定性較

6、好，不需要對中墻進(jìn)行臨時支撐，由于分析中未考慮頂部圍巖對中墻提供的水平抗力，因此，該分析結(jié)論對于整體式中墻仍然成立，但由于在Ⅴ級圍巖條件下中墻的穩(wěn)定系數(shù)較小，所以，在Ⅴ級圍巖條件下整體式中墻宜設(shè)置臨時支撐，以確保中墻在施工中的穩(wěn)定。另外，通過對施工過程中圍巖塑性區(qū)分布、圍巖變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征的分析，提出了施工過程中的注意事項(xiàng)及設(shè)計(jì)應(yīng)采取的工程措施，為連拱隧道支護(hù)體系的合理設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 開展了連拱隧道現(xiàn)場試驗(yàn)，研究了

7、連拱隧道支護(hù)體系的受力特征和發(fā)展變化過程。試驗(yàn)結(jié)果表明：初期支護(hù)內(nèi)力在施工初期發(fā)展迅速并很快趨于穩(wěn)定；鋼支撐未能充分發(fā)揮應(yīng)有的支護(hù)能力，因此，在圍巖穩(wěn)定性較好的情況下應(yīng)優(yōu)先采用格柵鋼架；二次襯砌應(yīng)力水平較低，具有較高的安全儲備；中墻受力較大，這說明在整體式中墻連拱隧道的支護(hù)體系中中墻是主要的承載結(jié)構(gòu)；中墻的量測結(jié)果與施工實(shí)踐均顯示施工過程中中墻的穩(wěn)定性較好，一般情況下不需要對中導(dǎo)洞進(jìn)行回填或支撐。
　　 根據(jù)連拱隧道結(jié)構(gòu)特征，完

8、善了連拱隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測內(nèi)容和方法，修正了位移收斂計(jì)算方法，通過引入連拱隧道影響系數(shù)，初步提出了連拱隧道位移收斂控制基準(zhǔn)，并通過部分收斂量測資料進(jìn)行了初步驗(yàn)證。
　　 雖然本文的研究成果還不完善，很多內(nèi)容還有待進(jìn)一步深入研究，由于資料的有限性，文中的一些結(jié)論也還未能得到證實(shí)或完全證實(shí)，還需要在實(shí)踐中不斷修正和補(bǔ)充，但本文還是對連拱隧道設(shè)計(jì)中存在的關(guān)鍵問題進(jìn)行了較為詳細(xì)的論證分析，其成果必將為連拱隧道的合理應(yīng)用與推廣提供重要的技術(shù)