軟弱圍巖雙連拱隧道設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)的公路(特別是高速公路)建設(shè)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，并迅速向西部延伸，在中西部山嶺重丘區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)中，由于路線選線困難或受到其它因素的影響，一般選擇有著豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的小間距隧道方案或雙洞分離式隧道方案，但在特殊地質(zhì)及地形條件下，隧道形式的選擇不僅受地形、地質(zhì)條件的約束，同時(shí)受線路平、縱、橫指標(biāo)以及三方面組合設(shè)計(jì)的制約。 雙連拱隧道由于跨度較大(雙車(chē)道大于20m，三車(chē)道達(dá)到30m以上)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)

2、挖與支護(hù)交錯(cuò)進(jìn)行，使得圍巖應(yīng)力變化和支護(hù)荷載轉(zhuǎn)換變得尤為復(fù)雜。全國(guó)各地已建成不少連拱隧道，但目前仍缺少有效的可以類(lèi)比的工程借鑒，沒(méi)有隧道施工設(shè)計(jì)規(guī)范可以參考，尤其是對(duì)于雙連拱隧道圍巖變形控制基準(zhǔn)尚處于摸索和積累的經(jīng)驗(yàn)階段。雙連拱隧道的施工存在工期較長(zhǎng)、工序較多、造價(jià)較高及工程質(zhì)量不夠理想等問(wèn)題，除了雙連拱隧道本身結(jié)構(gòu)型式有待完善外，另一個(gè)重要的因素就是需要對(duì)軟弱圍巖雙連拱隧道設(shè)計(jì)施工的關(guān)鍵技術(shù)有待于深入的研究。 在雙連拱隧道結(jié)構(gòu)

3、荷載計(jì)算方法方面，從目前發(fā)表的文章來(lái)看，荷載-結(jié)構(gòu)法與地層-結(jié)構(gòu)法均有采用。在荷載-結(jié)構(gòu)法中，關(guān)鍵是荷載的確定，雙連拱隧道施工條件較差，隧道結(jié)構(gòu)承受的大部分為松散壓力，但由于雙連拱隧道與單拱隧道在跨度、施工方法等方面的區(qū)別，采用經(jīng)驗(yàn)法或依據(jù)單拱隧道的荷載計(jì)算方法是不合理的。通過(guò)對(duì)雙連拱隧道開(kāi)挖平衡拱影響范圍的分析，對(duì)雙連拱隧道深淺埋分界深度的判別基準(zhǔn)進(jìn)行初步探討，并由此對(duì)雙連拱隧道荷載計(jì)算方法進(jìn)行分析研究，建立雙連拱隧道圍巖壓力荷載合理

4、的計(jì)算方法。 隨著雙連拱隧道得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其斷面型式也得到了很大的發(fā)展，本文對(duì)雙連拱隧道選型的影響因素分析、隧道結(jié)構(gòu)斷面型式的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的研究，得出連拱隧道結(jié)構(gòu)斷面選型必須滿足隧道建筑限界、通風(fēng)、路線線型(洞外接線條件)、防排水、工程地質(zhì)條件和隧道結(jié)構(gòu)受力等條件的要求。任何一個(gè)因素的改變可能會(huì)影響連拱隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及后期運(yùn)營(yíng)的耐久性。通過(guò)分析最近雙連拱隧道的斷面型式的發(fā)展，連拱隧道斷面型式按中墻型式可以分

5、為：?jiǎn)我皇街袎B拱隧道和分離式中墻連拱隧道。 在雙連拱隧道施工方法方面，本文采用大型相似模型試驗(yàn)(相似比為1/25)及有限元數(shù)值模擬方法，對(duì)軟弱圍巖雙連拱隧道施工方法進(jìn)行了試驗(yàn)和模擬，分別從圍巖變形位移、襯砌支護(hù)應(yīng)力、中墻的變形及豎向應(yīng)力方面對(duì)對(duì)比分析，建立了軟弱圍巖雙連拱隧道準(zhǔn)確的施工方法，由此節(jié)約大量的物力、財(cái)力。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析了中導(dǎo)洞半斷面法和三導(dǎo)洞法的隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)特性及隧道凈空位移變化。 中

6、墻是雙連拱隧道結(jié)構(gòu)受力的核心構(gòu)件，受力十分復(fù)雜，是隧道應(yīng)力集中部位(拉、壓、彎、扭、剪力均有)，其結(jié)構(gòu)受力要在隧道整體結(jié)構(gòu)中進(jìn)行調(diào)整。而中墻的力學(xué)行為和它的位移沉降指標(biāo)直接關(guān)系到連拱隧道的總體穩(wěn)定性。通過(guò)模型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)和有限元數(shù)值分析對(duì)中墻的力學(xué)行為進(jìn)行研究，得出雙連拱隧道中墻的力學(xué)行為與施工工序、施工方法、開(kāi)挖斷面的間距、支護(hù)類(lèi)型等因素之間的關(guān)系；建立雙連拱隧道左右洞室開(kāi)挖斷面的合理間距，提出了在軟弱圍巖中連拱隧道兩洞開(kāi)挖面合

7、理間距為2B(單洞開(kāi)挖跨度為12m)，但必須同時(shí)滿足在2B范圍內(nèi)施工工期不少于15天，以保證圍巖應(yīng)力均衡釋放。 在雙連拱隧道圍巖變形控制基準(zhǔn)方面，以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)及大型相似模型試驗(yàn)為主，有限元數(shù)值模擬分析為輔進(jìn)行分析，對(duì)圍巖變形的安全控制基準(zhǔn)進(jìn)行深入的研究，初步建立軟弱圍巖的雙連拱隧道凈空位移與拱頂下沉安全控制基準(zhǔn)，并提出雙連拱隧道現(xiàn)場(chǎng)施工管理量測(cè)基準(zhǔn)，使雙連拱隧道工程的支護(hù)設(shè)計(jì)由定性或經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向定性與定量結(jié)合的設(shè)計(jì)水平方向發(fā)展。

8、加強(qiáng)雙連拱隧道監(jiān)控量測(cè)基準(zhǔn)研究，不僅可以有效地指導(dǎo)雙連拱隧道安全施工，而且還可以修訂隧道支護(hù)參數(shù)、優(yōu)化隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特性，為今后公路隧道規(guī)范的修編提供技術(shù)參考。 在上述研究中，通過(guò)將數(shù)值模擬、室內(nèi)相似模型試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)成果進(jìn)行對(duì)比分析，研究成果能夠較好地與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果吻合，說(shuō)明文中的研究成果是合理可信的，為實(shí)際工程的施工提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)，解決了施工中一系列的技術(shù)關(guān)鍵和難題，為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、施工和研究豐富和積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)