扁平大斷面小凈距公路隧道施工力學研究.pdf

1、為適應日益增長的經(jīng)濟和交通發(fā)展要求，同時為解決特殊地質地形條件下公路線橋隧銜接、總體線型規(guī)劃和優(yōu)化等問題，在堅持可持續(xù)發(fā)展、切實保護生態(tài)環(huán)境和有限的土地資源的戰(zhàn)略指導下，以三車道公路隧道為代表的大斷面小凈距隧道的建設需求已初露端倪。然而，由于這類低扁平率隧道結構型式的特殊性和新穎性，其雙洞施工相互影響大，在設計和施工過程中均存在許多關鍵問題需要解決，有必要進行系統(tǒng)深入的分析和探討。 本文在福建省交通科技發(fā)展項目“三車道大斷面小凈

2、距隧道建設關鍵技術研究”的資助下，通過理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)控量測，對大斷面小凈距隧道設計施工若干問題進行了分析和研究，完成了以下主要工作： 1、結合公路隧道設計規(guī)范和普氏圍巖壓力理論，提出了大斷面小凈距公路隧道圍巖壓力與荷載分析模式，即考慮了隧道先后開挖相互作用對圍巖壓力分布產(chǎn)生的影響；在此基礎上，分別建立了淺埋和深埋條件下隧道圍巖壓力計算方法和計算公式，指出隧道內外側圍巖壓力分布不對稱的偏壓特征，中間巖柱部位圍巖壓力大于

3、隧道外側，先行洞偏壓程度比后行洞嚴重；按此模式計算，可使隧道結構支護參數(shù)的設計結果更加安全、更加合理，計算方法可為小凈距公路隧道結構設計提供一定的參考。 2、通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測，指出了大斷面小凈距隧道施工開挖對圍巖變形和穩(wěn)定性影響的時空效應及其影響范圍，總結提出了大斷面小凈距公路隧道在不同地質、地形條件下合理施工方法和施工順序的建議：隧道開挖對掌子面前方(未開挖部分)圍巖主要影響范圍約0.5～0.75 B(B為隧道單洞開挖跨

4、度)，在掌子面后方約1.0～2.0 B；兩隧道相鄰掌子面的距離宜控制在適當范圍內，一般取1.0B～1.5B較為合理；Ⅴ級圍巖中優(yōu)先選用雙側壁法施工，Ⅳ級圍巖優(yōu)選CD法，Ⅲ級及以上圍巖則優(yōu)選臺階法，而對一般地形偏壓為主的隧道，先開挖淺埋側隧道優(yōu)于先開挖深埋側隧道。 3、結合兩車道小凈距隧道研究成果，總結提出了大斷面小凈距隧道合理凈距取值的判斷準則，即以合理的施工方案為前提，僅在常規(guī)初期支護狀態(tài)下，隧道中間巖柱圍巖屈服接近度應避免η

5、=0.7的區(qū)域連通，同時考慮后行洞施工對先行洞位移和支護內力不產(chǎn)生過大影響；在此基礎上，結合數(shù)值分析和現(xiàn)場監(jiān)測，對不同凈距時大斷面小凈距隧道相互影響規(guī)律進行分析，得出了不同級別圍巖中隧道最小凈距的合理取值：Ⅴ級圍巖D≥0.6B，Ⅳ級圍巖D≥0.4B，Ⅲ級圍巖D≥0.3B，Ⅱ級位移D≥0.25B，并指出隧道最小凈距不宜小于4.0m。 4、在最小合理凈距研究基礎上，提出了大斷面小凈距隧道巖柱加固的基本原則和凈距范圍，即當隧道凈距大于

6、最小合理凈距時，一般不需進行特殊加固處理，僅以采用合適的施工方案為對策，按常規(guī)系統(tǒng)支護即可，而僅當隧道凈距小于最小合理凈距時，才需采取特殊加固措施，并結合施工監(jiān)控量測及時調整修改相應對策；同時，分析指出了三車道小凈距隧道區(qū)別于兩車道隧道巖柱加固的顯著特點，即在Ⅳ～Ⅵ級圍巖中，巖柱雁形部是受力狀態(tài)最薄弱、需重點加固處理的關鍵部位之一；在此基礎上，綜合論證提出了大斷面小凈距隧道巖柱加固范圍及施工對策的建議：在Ⅳ～Ⅵ級圍巖中，宜重點對巖柱雁形