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

1、進入20世紀90年代以來，我國的公路(特別是高速公路)建設(shè)進入一個高速發(fā)展時期，并迅速向西部延伸，在中西部山嶺重丘區(qū)高等級公路建設(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踐經(jīng)驗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，同時受線路平、縱、橫指標以及三方面組合設(shè)計的制約。 雙連拱隧道由于跨度較大(雙車道大于20m，三車道達到30m以上)，結(jié)構(gòu)復雜，開

2、挖與支護交錯進行，使得圍巖應(yīng)力變化和支護荷載轉(zhuǎn)換變得尤為復雜。全國各地已建成不少連拱隧道，但目前仍缺少有效的可以類比的工程借鑒，沒有隧道施工設(shè)計規(guī)范可以參考，尤其是對于雙連拱隧道圍巖變形控制基準尚處于摸索和積累的經(jīng)驗階段。雙連拱隧道的施工存在工期較長、工序較多、造價較高及工程質(zhì)量不夠理想等問題，除了雙連拱隧道本身結(jié)構(gòu)型式有待完善外，另一個重要的因素就是需要對軟弱圍巖雙連拱隧道設(shè)計施工的關(guān)鍵技術(shù)有待于深入的研究。 在雙連拱隧道結(jié)構(gòu)

3、荷載計算方法方面，從目前發(fā)表的文章來看，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)驗法或依據(jù)單拱隧道的荷載計算方法是不合理的。通過對雙連拱隧道開挖平衡拱影響范圍的分析，對雙連拱隧道深淺埋分界深度的判別基準進行初步探討，并由此對雙連拱隧道荷載計算方法進行分析研究，建立雙連拱隧道圍巖壓力荷載合理

4、的計算方法。 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)斷面型式的分類及結(jié)構(gòu)力學特性的研究，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、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。任何一個因素的改變可能會影響連拱隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及后期運營的耐久性。通過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：單一式中墻連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(相似比為1/25)及有限元數(shù)值模擬方法，對軟弱圍巖雙連拱隧道施工方法進行了試驗和模擬，分別從圍巖變形位移、襯砌支護應(yīng)力、中墻的變形及豎向應(yīng)力方面對對比分析，建立了軟弱圍巖雙連拱隧道準確的施工方法，由此節(jié)約大量的物力、財力。同時根據(jù)現(xiàn)場的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，重點分析了中導洞半斷面法和三導洞法的隧道結(jié)構(gòu)力學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)中進行調(diào)整。而中墻的力學行為和它的位移沉降指標直接關(guān)系到連拱隧道的總體穩(wěn)定性。通過模型試驗、現(xiàn)場監(jiān)控量測和有限元數(shù)值分析對中墻的力學行為進行研究，得出雙連拱隧道中墻的力學行為與施工工序、施工方法、開挖斷面的間距、支護類型等因素之間的關(guān)系；建立雙連拱隧道左右洞室開挖斷面的合理間距，提出了在軟弱圍巖中連拱隧道兩洞開挖面合

7、理間距為2B(單洞開挖跨度為12m)，但必須同時滿足在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方面，以現(xiàn)場監(jiān)控量測及大型相似模型試驗為主，有限元數(shù)值模擬分析為輔進行分析，對圍巖變形的安全控制基準進行深入的研究，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，并提出雙連拱隧道現(xiàn)場施工管理量測基準，使雙連拱隧道工程的支護設(shè)計由定性或經(jīng)驗設(shè)計向定性與定量結(jié)合的設(shè)計水平方向發(fā)展。

8、加強雙連拱隧道監(jiān)控量測基準研究，不僅可以有效地指導雙連拱隧道安全施工，而且還可以修訂隧道支護參數(shù)、優(yōu)化隧道支護結(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，通過將數(shù)值模擬、室內(nèi)相似模型試驗與現(xiàn)場量測成果進行對比分析，研究成果能夠較好地與現(xiàn)場測試成果吻合，說明文中的研究成果是合理可信的，為實際工程的施工提供了理論依據(jù)和指導，解決了施工中一系列的技術(shù)關(guān)鍵和難題，為類似工程的設(shè)計、施工和研究豐富和積累了寶貴的經(jīng)驗