連拱隧道建設中的幾個關鍵問題研究——選型、偏壓、裂縫、抗震及監(jiān)測.pdf

1、隨著我國現代化建設事業(yè)的迅猛發(fā)展,尤其是西部大開發(fā)的深入進行,高速公路建設已成為我國公路建設的主流.連拱隧道作為一種新的結構形式,在我國高速公路建設中得到了大量應用,目前正在向簡化工序的長距離、大斷面方向發(fā)展,中墻結構形式也從當初的整體式直中墻發(fā)展為整體式曲中墻和三層曲中墻,防排水系統(tǒng)也有較大進展,但在結構選型、隧道-邊坡耦合作用、裂縫分析、結構抗震以及監(jiān)控量測技術和信息化施工等方面還有待于進一步深入和發(fā)展.作者以云南省元磨高速公路隧道

2、群以及安徽蕪湖經濟技術開發(fā)區(qū)龍山隧道為背景,以西部交通建設科技項目(2002-318-000-22)"連拱隧道建設的關鍵技術研究"以及安徽蕪湖經濟技術開發(fā)區(qū)項目"軟弱破碎地層大跨度大斷面雙連拱隧道施工環(huán)境控制技術應用研究"為依托,針對以上五個問題展開研究,取得以下認識:(1)選型.連拱隧道在選用前,必須經過仔細選型,通過與分離式隧道、小間距隧道以及路塹高邊坡的技術、經濟比選,來確定是否選用該結構.在確定采用連拱隧道后,還要通過連拱隧道的

3、構造組合和中墻形式,來確定連拱隧道的最終結構,以做到技術可行、經濟合理和確保安全.(2)隧道-邊坡耦合作用.隧道-邊坡耦合作用主要有三個方面:①作用模式問題.連拱隧道與邊坡的相互作用模式可以概括為a)隧道位于潛在滑面內、b)隧道位于潛在滑面中、c)隧道位于潛在滑面坡頂、d)隧道位于潛在滑面坡腳四種模式;②隧道對邊坡的影響.數值計算表明,邊坡的主應力分布以及變形都和隧道開挖后有所不同.從邊坡受力角度而言,先開挖靠山側更有利于邊坡穩(wěn)定;③邊

4、坡對隧道的影響.邊坡內施工連拱隧道,兩種曲墻結構受力規(guī)律類似,先開挖靠山側的內洞更有利于隧道結構受力,但三層曲中墻在結構受力和防水性能方面優(yōu)于整體式曲中墻結構.(3)裂縫.主要有三個方面:①裂縫的調查問題.是裂縫研究的起點和基礎;②裂縫的定性問題.通過裂縫的形狀和特征,采用簡單的力學分析,初步判定裂縫的性質和力學成因(靜荷載裂縫、溫度裂縫和動荷載裂縫),可以為裂縫的處理和防治提供依據;③裂縫的運動問題.裂縫的運動主要是裂縫張開度隨時間的

5、變化(時變特征),可以采用監(jiān)測手段,監(jiān)測裂縫運動和變化,進而為是否需要立即處理以及分析隧道結構的整體受力提供依據;④裂縫的擴展問題.裂縫的起裂和擴展,在理論上可以采用斷裂力學的判據來判斷和分析.(4)抗震.主要有三個方面:①震害的類比分析.在沒有連拱隧道震害報道的情況下,可通過已有非連拱隧道的震害,來類比連拱隧道可能出現的震害;②結構動力分析的理論基礎.在進行連拱隧道結構動力分析之前,必須對所采用的計算方法和計算模型有充分的認識;③結構

6、動力數值分析.數值分析結果表明,對于偏壓地形中的兩車道連拱隧道,結構受力最不利的部位為中墻底與仰拱結合部位;對于淺埋偏三車道連拱隧道而言,連拱隧道中墻頂-拱腳結合部位和中墻基座-仰拱結合部位是抗震薄弱部位.動力彈塑性分析表明,淺埋大跨連拱結構在地震作用下,可能出現破壞,抗震最薄弱部位是邊墻拱腳、中墻頂和拱腳結合部位、中墻底和仰拱結合部位等.④在大跨連拱隧道軟弱破碎圍巖的鉆爆開挖中,爆破震動對本洞及鄰洞的初襯可能會產生一些不利影響,爆破對

7、隧道的作用與影響,受爆源、介質和隧道自身三大條件的影響.正確分析爆破作用下結構的動力響應,對爆破進行實時監(jiān)測,評價爆破效果,不斷優(yōu)化爆破方案,合理控制爆破規(guī)模及保證隧道安全施工具有重要意義.(5)監(jiān)控量測技術是采用NATM法施工連拱隧道的眼睛,改進和完善監(jiān)控量測技術和流程具有重要意義.筆者在云南元磨高速公路、安徽蕪湖龍山隧道的現場監(jiān)控量測工作中積累了一定的經驗,在前人大量工作的基礎上對連拱隧道監(jiān)測的方法、流程以及技術文件的組成等進行了總