淺埋暗挖法修建水下小凈距軟巖隧道的力學行為和關鍵技術研究.pdf

1、穿越城市江河的水下隧道若采用“淺埋+小凈距”的形式，既易于滿足坡度設置的要求，又便于連接兩岸的既有道路和節(jié)約用地，有著廣闊的應用前景，但目前我國用淺埋暗挖法修建的水下小凈距交通隧道還很少。本文以長沙市瀏陽河公路隧道為工程背景，通過現(xiàn)場測試、室內試驗、解析計算和數(shù)值模擬，研究淺埋暗挖法修建水下小凈距軟巖隧道的力學行為和關鍵技術。主要工作和成果如下:
　　 (1)在施工現(xiàn)場詳細記錄了工作面的推進情況、掌子面的圍巖狀況和隧道的滲水情況

2、，獲取了豐富的第一手資料以利于闡述問題和驗證研究結果。
　　 (2)開展了深入細致的現(xiàn)場測試與分析:自制了土壓力盒安裝器，給出了詳細的測試元件埋設方法和保護措施;分析了河道水位、地表沉降、初襯的拱頂沉降和水平收斂、初襯背后的水壓力、圍巖與初襯間的接觸壓力、錨桿軸力、型鋼拱架應力、二襯混凝土應力等測試指標的變化特點;分析了開挖下臺階、全環(huán)封閉初襯、挖掉仰拱初襯上的臨時填土、灌注仰拱二襯混凝土、灌注拱墻二襯混凝土、移走二襯臺車等施工

3、環(huán)節(jié)對襯護力學性態(tài)的影響;分析了地下水滲流路徑在施工過程中的變化情況;總結了水下雙洞并行施工相互影響力學行為的特點。根據(jù)現(xiàn)場測試結果，認為可以采用“折減系數(shù)法”計算施作二襯以前的初襯背后水壓力，提出了折減系數(shù)的確定方法。
　　 (3)針對瀏陽河隧道采用臺階法施工，在下臺階開挖后未必能及時施作初期支護的情況，推導出了“上半斷面存在支護力、下半斷面無支護力”、河水水位上升情況下的水下淺埋隧道圍巖附加應力的計算表達式。
　　

4、(4)通過建立考慮滲流的數(shù)值模型，計算分析了水下淺埋暗挖小凈距并行雙洞的河床沉降、初襯拱頂沉降、初襯主應力和水壓力等，分析了河水水位變化對雙洞初襯拱頂沉降的影響。對比分析了數(shù)值模擬結果和現(xiàn)場測試結果。
　　 (5)研究了水下淺埋暗挖強風化礫巖隧道超前加固技術及相關理論問題:介紹了聯(lián)合超前支護技術方案，討論了止?jié){巖柱和孔口管存在的問題;對比分析了TSP超前地質探測結果和施作聯(lián)合超前支護后開挖揭露的實際圍巖狀況;分析了注漿漿液在強風

5、化礫巖中的作用機制，分析了聯(lián)合超前支護作用下圍巖橫向承載拱的形成機制;通過室內試驗，對比分析了三種漿液和強風化礫巖的力學性質、施作聯(lián)合超前支護前后的巖樣波速;給出了聯(lián)合超前支護作用下的上臺階爆破技術方案;通過現(xiàn)場測試和數(shù)值模擬，分析了拱部錨桿在應用聯(lián)合超前支護后的功效;考慮滲流的影響，對比分析了無任何超前支護措施、只有全斷面超前預注漿、聯(lián)合超前支護三種情況下初襯的受力變形，并結合現(xiàn)場測試結果，分析了聯(lián)合超前支護對初襯受力性狀的影響;研究

6、了應用聯(lián)合超前支護后拱墻二襯的合理施作時機。
　　 (6)研究了水下淺埋暗挖小凈距隧道貫通技術及相關理論問題:針對瀏陽河隧道相向施工、雙線四洞將在河底兩兩貫通的情況，建立考慮滲流影響的三維數(shù)值模型，計算分析貫通處兩側初襯的拱項沉降、先到達貫通處的初襯的應力、先到達貫通處的洞室的掌子面縱向位移、貫通處巖柱的應力、貫通區(qū)域的河床沉降和中夾巖的豎向應力等，揭示了圍巖和初襯在貫通過程中的力學特征，給出相應的貫通技術措施，現(xiàn)場觀察和現(xiàn)場實