分岔式隧道設(shè)計(jì)施工的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由于地形條件的限制和減少工程造價(jià)的考慮，正在施工建設(shè)的滬蓉西高速公路八字嶺隧道出口采用分岔式形式。分岔隧道由大拱段、連拱段、小凈距段和分離段組成，設(shè)計(jì)、施工都比較復(fù)雜，本文分別采用理論分析、模型試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算的方法研究了分岔隧道設(shè)計(jì)施工中的關(guān)鍵技術(shù)。并采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，證明了研究結(jié)果的正確性。 建立了隧道中墻的承載模型，針對(duì)連拱隧道的混凝土中墻和小凈距隧道的巖體中墻，分別給出了中墻的極限強(qiáng)度表達(dá)式，最后給出了中墻的

2、失穩(wěn)判據(jù)。研究了小凈距隧道中間巖墻的支護(hù)措施，當(dāng)中墻埋深一定時(shí)，可以通過(guò)加固措施提高中墻的C，φ值，采用預(yù)應(yīng)力貫穿錨桿增加中墻的側(cè)向力等加固措施增加中墻的強(qiáng)度。 應(yīng)用新型地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)臺(tái)和IBSCM相似材料對(duì)分岔隧道這種新型的隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。共做了2個(gè)模型，分別研究了分岔隧道大拱段一連拱段和連拱段一小凈距段的施工全過(guò)程及其在施工過(guò)程中的受力、變形、破壞形態(tài)和模型2的超載安全度。試驗(yàn)結(jié)果表明，大拱段和連拱段開(kāi)挖位移不大，拱頂

3、只有4mm左右，連拱段和小間距段的最終位移為4.5-6mm之間，水平位移都較小。中墻內(nèi)的壓應(yīng)力集中，約為6.5MPa。大拱段和連拱段過(guò)渡處最危險(xiǎn)，連拱中墻承受較大的壓力，且中墻上部產(chǎn)生拉應(yīng)力。模型2的拱頂、拱腰和中墻是隧道較易發(fā)生破壞的區(qū)域，靠近連拱段的小凈距段較為危險(xiǎn)。隧道超載安全度為3.5。． 采用損傷與彈塑性耦合的方法，根據(jù)不可逆熱力學(xué)原理，推導(dǎo)出了損傷軟化破壞理論，并用VISUAL FORTRAN6.5編制了大型三維損傷

4、彈塑性有限元D-FEM程序。它能模擬巖土工程的開(kāi)挖、回填等施工過(guò)程，且具有求解速度快、群組功能、材料模型多等特點(diǎn)。并采用FLAC3D進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明考慮巖體損傷軟化后的D-FEM有限元程序計(jì)算結(jié)果更加符合巖體破壞的真實(shí)特點(diǎn)。 應(yīng)用損傷彈塑性有限元D-FEM程序分別研究了分岔隧道連拱段直中墻、連拱段曲中墻和小凈距段中墻的合理取值，研究了不同圍巖類別、不同埋深對(duì)中墻寬度的影響，并對(duì)分岔隧道的施工工序進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)分析得出如下結(jié)

5、論：(1)直中墻隧道的穩(wěn)定性比曲中墻隧道要好，連拱段隧道中墻形式易采用整體式直中墻形式。(2)八字嶺分岔隧道采用左洞超前32m，左右洞同步開(kāi)挖的施工工序比較合理。 提出了分岔隧道整體線型優(yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)化模型。根據(jù)此模型，可以得出最經(jīng)濟(jì)的線型。分析了分岔隧道的支護(hù)措施，并針對(duì)八字嶺分岔隧道原設(shè)計(jì)提出了建議。 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)了分俞隧道大拱段、連拱段和小凈距段等不同斷面的位移、錨桿內(nèi)力、鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力、二次襯砌內(nèi)力、中墻壓力及圍巖松動(dòng)圈