淺埋洞室圍巖壓力若干問題研究.pdf

1、隨著能源、交通、國防、市政，采礦業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展和全球性環(huán)境保護(hù)及人類生存可持續(xù)發(fā)展的需求，地下工程的建設(shè)越來越多。近年來，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，在西部山區(qū)修建大量的高速公路，不可避免地帶來公路隧道的快速發(fā)展。但是在設(shè)計(jì)與施工中存在一些問題，一方面造成洞室塌方、襯砌開裂等事故，一方面過于保守，導(dǎo)致人力、物力、財(cái)力的巨大浪費(fèi)與損失。這些存在的問題需要進(jìn)一步研究： (1)連拱隧道作為一種新型的結(jié)構(gòu)，在中短隧道設(shè)

2、計(jì)中有較為明顯的優(yōu)勢，其荷載模型一直是設(shè)計(jì)人員關(guān)心的問題； (2)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD70-2004)將地層結(jié)構(gòu)法引入到Ⅰ～Ⅳ級深埋隧道的圍巖壓力計(jì)算中，但是淺埋隧道圍巖壓力仍以松散荷載進(jìn)行確定，事實(shí)上，即使是淺埋洞室，仍有很大部分的洞室圍巖發(fā)揮了一定的自承載能力；如何對這部分圍巖承擔(dān)的荷載進(jìn)行確定是目前設(shè)計(jì)中面臨的一大難題，也是優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵； (3)有限元法在地下工程設(shè)計(jì)中研究存在主觀和客觀上的不確定性，如計(jì)算

3、模型、計(jì)算參數(shù)的選取、計(jì)算的假定以及設(shè)計(jì)施工數(shù)據(jù)與信息不足等，目前在地下工程設(shè)計(jì)中一般只能作定性分析，無法給出定量的設(shè)計(jì)值。 其他諸如在淺埋地下洞室開挖過程中，存在地表植被、保護(hù)性建筑等得不到保護(hù)；支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)過大或發(fā)生整體塌陷；隧道運(yùn)營之后出現(xiàn)仰拱鼓起、路面開裂等一系列問題。 本文結(jié)合西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目《連拱隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究》，通過廣泛的設(shè)計(jì)與施工調(diào)查、數(shù)值方法以及對監(jiān)測數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，取得了一些成果。本文完成

4、的研究工作和取得的創(chuàng)新成果主要包括： (1)提出了小隧道棚支護(hù)的淺埋洞室開挖方法，小隧道棚支護(hù)的淺埋洞室開挖方法為保護(hù)地表植被、建筑，避免大開挖提供了一種新穎且有效的途徑，并比較了暗挖條件下各種施工方法對圍巖壓力的影響。 (2)考慮連拱隧道中墻支護(hù)的作用，提出雙塌落拱假定，確定了連拱隧道的圍巖壓力模式及其大小，雙塌落拱假定為多拱結(jié)構(gòu)施工期圍巖壓力的研究奠定了基礎(chǔ)； (3)在廣泛現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的詳細(xì)

5、分析以及數(shù)值模擬，提出了各級圍巖條件下淺埋洞室圍巖壓力的分配比例。Ⅰ～Ⅱ級圍巖，壓力完全由圍巖與初襯承擔(dān)；Ⅲ級圍巖，壓力由圍巖與初襯承擔(dān)50～60％；Ⅳ級圍巖，-Ⅰ-壓力由圍巖與初襯承擔(dān)30～40％；Ⅴ級圍巖，壓力由圍巖與初襯承擔(dān)10～30％；Ⅵ圍巖，則由二襯承擔(dān)全部壓力； (4)基于地層結(jié)構(gòu)法分析，從施工方案(工序)角度研究了洞室開挖過程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)對圍巖壓力的響應(yīng)，并對幾種典型工況進(jìn)行了比較分析；從長期監(jiān)測數(shù)據(jù)著手，初步研究