高海拔季節(jié)性凍土隧道的多場耦合分析研究.pdf

1、以新建汶川至馬爾康高速公路鷓鴣山特長隧道為依托工程，針對其施工重難點及關(guān)鍵技術(shù)難題，開展高原高寒深埋軟巖隧道設(shè)計與施工技術(shù)研究。通過對隧址區(qū)大氣溫度、地層溫度、圍巖應(yīng)力的監(jiān)測、分析，掌握高原高寒深埋長大隧道圍巖特性、變形特征及溫度、應(yīng)力特征;并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)對高原高寒深埋軟巖隧道進(jìn)行理論分析和數(shù)值計算，建立合理的滲流場、應(yīng)力場雙場耦合模型，以及附加溫度場的三場耦合模型。重點展開隧道在溫度、應(yīng)力、地下水條件的影響下圍巖特性、變形特征、溫度應(yīng)

2、力特征的研究，為高原高寒深埋軟巖隧道防凍害設(shè)計、施工提供理論依據(jù)。
　　獲得的主要結(jié)論如下:
　　1.通過對隧道內(nèi)縱向大氣溫度的監(jiān)測，研究隧道縱向溫度變化規(guī)律，探明各里程處氣溫變化與外界大氣溫度變化趨勢基本一致，呈現(xiàn)出隧道洞內(nèi)各里程溫度隨洞外大氣溫度的變化而同趨勢變化，但隧道氣溫變化的靈敏程度隨著隧道縱向深度的加深而下降;鷓鴣山隧道冬季冰點出現(xiàn)在距離洞口約100米處，襯砌結(jié)冰現(xiàn)象出現(xiàn)在距離洞口約100米以內(nèi)。
　　2.

3、通過對隧道圍巖徑向溫度的監(jiān)測，可以看出，圍巖總體溫度會隨著季節(jié)的變化而變化，越靠近臨空面的圍巖溫度變化越劇烈，而越遠(yuǎn)離臨空面的圍巖溫度變化越小。
　　3.對比隧道在穿越不均勻地層時由于圍巖巖性變化，隧道拱頂豎向位移會有不同程度改變，在圍巖巖性較好時位移較小，圍巖巖性較差時位移較大。
　　4.通過對現(xiàn)場襯砌的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知:圍巖的擾動對于襯砌變形也存在很大影響;隧道開挖過程中時間效應(yīng)、空間效應(yīng)互相依存，互相影響，及時、合理的

4、支護(hù)、封閉洞室對隧道穩(wěn)定有著積極的影響;隧道變形大小還取決于施工中對施工工藝的控制，施工工藝達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)會影響隧道變形狀況。
　　5.利用有限差分軟件對隧道深埋段進(jìn)行應(yīng)力場單場模擬計算以及應(yīng)力場、滲流場雙場耦合模擬計算，分析比較隧道在開挖過程中隧道結(jié)構(gòu)在地下水作用下的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律。通過對比單場模擬計算和雙場耦合模擬計算結(jié)果得到在單場情況下，計算所得到的隧道拱頂及拱肩處的位移均要小于雙場耦合得到的隧道拱頂及拱肩處的位移，滲流場對應(yīng)力場

5、的影響是存在的，特別是在埋深較深、地下水水頭較高的山嶺隧道中。
　　6.對比三場耦合模擬計算和實測數(shù)據(jù)，分析比較隧道在開挖過程以及后期運營過程中主體結(jié)構(gòu)在滲流場、溫度場作用下的變化規(guī)律，由于圍巖溫度只在與大氣環(huán)境接觸的一定范圍以內(nèi)才有熱交換，溫度場才會改變，圍巖內(nèi)部與大氣環(huán)境幾乎沒有熱交換，圍巖溫度較為穩(wěn)定。溫度場對隧道在開挖過程中的影響有限，所以可以認(rèn)為溫度場對于開挖時應(yīng)力場的影響幾乎可以忽略不計，開挖時隧道變形的大小只與滲流場

6、和應(yīng)力場有關(guān)，與溫度場無關(guān);隨著隧道的運營，在凍融循環(huán)的作用下，隧道圍巖有一定的變形，并且呈現(xiàn)出隨著運營時間越長，隧道圍巖變形越大的規(guī)律。說明隧道洞口段凍土產(chǎn)生的凍脹力會對襯砌產(chǎn)生一定的作用，凍脹力影響了襯砌的力學(xué)行為，增大了圍巖和襯砌的形變。根據(jù)模擬結(jié)果每年隧道洞口段圍巖凍結(jié)范圍均在約1.4米處（包括初期支護(hù)和二次襯砌厚度）這與地勘資料中所述隧址區(qū)為季節(jié)性凍土，夏季凍土完全融化，冬季最大凍深約1米吻合的較好。地勘資料從側(cè)面印證了數(shù)值模