斜向穿越高陡邊坡的雙洞隧道施工圍巖力學行為研究.pdf

1、在存在滑坡的高陡邊坡中進行淺埋偏壓雙洞隧道側(cè)向穿越施工時，圍巖力學行為非常復(fù)雜，嚴重影響施工和結(jié)構(gòu)安全，為此必須對這一過程中圍巖力學行為進行深入研究，以采取針對性措施確保雙洞順利、安全地穿越邊坡并消除施工遺留的安全隱患。為此本文以穿越高陡邊坡且曾有滑坡泥石流事故發(fā)生的卡拉、楊房溝水電站交通專用公路草坪子長隧道工程中出現(xiàn)的重大難點問題為背景，綜合運用文獻研究、理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場調(diào)查等方法對穿越高陡邊坡雙洞隧道的施工力學行為以及隧道破

2、壞模式進行深入分析研究，主要研究工作和成果如下:
　　(1)系統(tǒng)分析了草坪子雙洞隧道的工程地質(zhì)、隧道結(jié)構(gòu)、雙洞空間展布、施工方法等施工條件及其對工程安全的影響，指出在滑坡、淺埋、偏壓等極差地質(zhì)條件下進行雙洞穿越高陡邊坡施工時，必須采取與之相適應(yīng)的施工方法和施工控制技術(shù)措施，否則一定會出現(xiàn)滑坡和隧道塌方，滑坡又會造成隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。因此，必須密切關(guān)注在這種地質(zhì)、山體條件下進行雙洞隧道施工時圍巖應(yīng)力及位移分布特征、變化規(guī)律以及圍

3、巖破壞模式。
　　(2)較系統(tǒng)地總結(jié)了現(xiàn)有隧道工程理論及方法，主要包括深埋隧道圍巖二次應(yīng)力及位移解、三次應(yīng)力及位移解，深埋偏壓隧道圍巖二次應(yīng)力及位移解，以及深埋雙洞隧道圍巖二次應(yīng)力及位移的求解方法，并運用深埋隧道解析解對深埋隧道圍巖應(yīng)力及位移分布規(guī)律進行了分析，指出深埋隧道埋論解已較為完備，但因無法考慮體力的影響，而使其使用范圍受到限制。
　　(3)結(jié)合卡揚交通工程實際，首次提出了次深埋隧道（埋深在2.5倍洞徑及以上的隧道）

4、的概念及其力學模型，該力學模型可以考慮體力的影響，能夠較好地符合工程實際，克服了深埋隧道解析解不能考慮體力的缺點?；谶@一力學模型，運用彈性理論之復(fù)變函數(shù)解法，推導(dǎo)出了次深埋隧道圍巖應(yīng)力、位移分布解析公式。利用導(dǎo)出的計算公式對次深埋隧道圍巖應(yīng)力與位移進行計算，并與相同條件下的數(shù)值解進行了對比分析。結(jié)果表明，解析解的分析結(jié)果較為合理，具有很好的對稱性，其與數(shù)值解能夠較好地相互印證，可很好地揭示出次深埋隧道圍巖二次應(yīng)力及位移分布規(guī)律，這對今

5、后次深埋隧道乃至深埋隧道的設(shè)計與施工都有較高的參考價值。
　　(4)參考平面問題、空間問題及數(shù)值分析計算理論，分別對深埋段及淺埋偏壓段雙洞隧道開挖工況進行了分析。兩類工點均設(shè)置了四個工況，前者主要考慮了開挖方法（全斷面法和臺階法）、支護方案（支護緊跟與毛洞開挖）和隧道穿越形式（單洞穿越與雙洞穿越）等三組變量的影響，后者考慮的變量與前者基本相同，僅將隧道穿越形式改為了開挖順序（先挖右洞和先挖左洞）。之后對每種工況進行了計算，分析了各

6、變量對圍巖力學行為的影響。結(jié)果表明:開挖方法和支護方案的變化對圍巖力學行為影響較大，隧道穿越形式和開挖順序的改變對圍巖力學行為影響較小。具體為臺階法施工能夠有效控制拱項沉降和邊墻垂直應(yīng)力集中，而全斷面法能夠較有效地控制拱底隆起、邊墻水平位移及拱頂和拱底應(yīng)力集中;支護結(jié)構(gòu)緊跟能使圍巖位移特別是拱頂沉降及拱底隆起位移降低40％以上，其支護效果非常明顯;單洞穿越與雙洞穿越圍巖位移及應(yīng)力變化規(guī)律并無明顯區(qū)別，雙洞穿越時圍巖的應(yīng)力及位移分布可由單

7、洞穿越的分布規(guī)律經(jīng)對稱復(fù)制得到;先挖左洞（深埋側(cè)洞），有利于降低右洞拱頂沉降及右邊墻水平收斂位移，先挖右洞（淺埋側(cè)洞），有利于降低右洞拱底隆起及左邊墻水平收斂位移，但這種作用非常有限，且左洞圍巖的位移對開挖順序的變化并不敏感。上述隧道穿越形式及開挖順序的相關(guān)結(jié)論可以說明雙洞凈距能滿足深埋段和淺埋偏壓段的安全凈距要求，雙洞施工相互間的影響非常微弱，可忽略不計，雙洞掌子面之間的距離不受限制，開挖順序也不必設(shè)置特殊要求，只要單洞施工合理就可保

8、證整體工程施工安全。
　　(5)依據(jù)理論分析及數(shù)值分析結(jié)論，結(jié)合隧道施工實踐，得出了雙洞穿越高邊坡（滑坡）時圍巖的應(yīng)力及位移分布規(guī)律以及圍巖的破壞模式。分析結(jié)果表明:深埋段洞周圍巖多呈現(xiàn)出“X”型剪切破壞;淺埋偏壓段隧道特別是洞口偏壓的存在使初始應(yīng)力場發(fā)生偏轉(zhuǎn)，造成圍巖力學行為及破壞模式與深埋段極為不同，其圍巖破壞模式為淺埋側(cè)表現(xiàn)為整體垮塌式破壞（“U”型或“V”型）或擠出式破壞（“L”型），深埋側(cè)為“y”型剪切破壞。為此，在施工