斜向穿越高陡邊坡的雙洞隧道施工圍巖力學(xué)行為研究.pdf

1、在存在滑坡的高陡邊坡中進(jìn)行淺埋偏壓雙洞隧道側(cè)向穿越施工時(shí)，圍巖力學(xué)行為非常復(fù)雜，嚴(yán)重影響施工和結(jié)構(gòu)安全，為此必須對(duì)這一過(guò)程中圍巖力學(xué)行為進(jìn)行深入研究，以采取針對(duì)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(zhǎng)隧道工程中出現(xiàn)的重大難點(diǎn)問(wèn)題為背景，綜合運(yùn)用文獻(xiàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等方法對(duì)穿越高陡邊坡雙洞隧道的施工力學(xué)行為以及隧道破

2、壞模式進(jìn)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(duì)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(jìn)行雙洞穿越高陡邊坡施工時(shí)，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(huì)出現(xiàn)滑坡和隧道塌方，滑坡又會(huì)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(jìn)行雙洞隧道施工時(shí)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(yùn)用深埋隧道解析解對(duì)深埋隧道圍巖應(yīng)力及位移分布規(guī)律進(jìn)行了分析，指出深埋隧道埋論解已較為完備，但因無(wú)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(yáng)交通工程實(shí)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(xué)模型，該力學(xué)模型可以考慮體力的影響，能夠較好地符合工程實(shí)際，克服了深埋隧道解析解不能考慮體力的缺點(diǎn)?；谶@一力學(xué)模型，運(yùn)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(jì)算公式對(duì)次深埋隧道圍巖應(yīng)力與位移進(jìn)行計(jì)算，并與相同條件下的數(shù)值解進(jìn)行了對(duì)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(duì)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(duì)今

5、后次深埋隧道乃至深埋隧道的設(shè)計(jì)與施工都有較高的參考價(jià)值。
　　(4)參考平面問(wèn)題、空間問(wèn)題及數(shù)值分析計(jì)算理論，分別對(duì)深埋段及淺埋偏壓段雙洞隧道開(kāi)挖工況進(jìn)行了分析。兩類工點(diǎn)均設(shè)置了四個(gè)工況，前者主要考慮了開(kāi)挖方法（全斷面法和臺(tái)階法）、支護(hù)方案（支護(hù)緊跟與毛洞開(kāi)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(kāi)挖順序（先挖右洞和先挖左洞）。之后對(duì)每種工況進(jìn)行了計(jì)算，分析了各

6、變量對(duì)圍巖力學(xué)行為的影響。結(jié)果表明:開(kāi)挖方法和支護(hù)方案的變化對(duì)圍巖力學(xué)行為影響較大，隧道穿越形式和開(kāi)挖順序的改變對(duì)圍巖力學(xué)行為影響較小。具體為臺(tái)階法施工能夠有效控制拱項(xiàng)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(hù)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(hù)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(wú)明顯區(qū)別，雙洞穿越時(shí)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(duì)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(duì)開(kāi)挖順序的變化并不敏感。上述隧道穿越形式及開(kāi)挖順序的相關(guān)結(jié)論可以說(shuō)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(jì)，雙洞掌子面之間的距離不受限制，開(kāi)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(shí)踐，得出了雙洞穿越高邊坡（滑坡）時(shí)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(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，造成圍巖力學(xué)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