扁平大斷面小凈距公路隧道施工力學(xué)研究.pdf

1、為適應(yīng)日益增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)和交通發(fā)展要求，同時(shí)為解決特殊地質(zhì)地形條件下公路線橋隧銜接、總體線型規(guī)劃和優(yōu)化等問題，在堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展、切實(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和有限的土地資源的戰(zhàn)略指導(dǎo)下，以三車道公路隧道為代表的大斷面小凈距隧道的建設(shè)需求已初露端倪。然而，由于這類低扁平率隧道結(jié)構(gòu)型式的特殊性和新穎性，其雙洞施工相互影響大，在設(shè)計(jì)和施工過程中均存在許多關(guān)鍵問題需要解決，有必要進(jìn)行系統(tǒng)深入的分析和探討。 本文在福建省交通科技發(fā)展項(xiàng)目“三車道大斷面小凈

2、距隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究”的資助下，通過理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，對(duì)大斷面小凈距隧道設(shè)計(jì)施工若干問題進(jìn)行了分析和研究，完成了以下主要工作： 1、結(jié)合公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范和普氏圍巖壓力理論，提出了大斷面小凈距公路隧道圍巖壓力與荷載分析模式，即考慮了隧道先后開挖相互作用對(duì)圍巖壓力分布產(chǎn)生的影響；在此基礎(chǔ)上，分別建立了淺埋和深埋條件下隧道圍巖壓力計(jì)算方法和計(jì)算公式，指出隧道內(nèi)外側(cè)圍巖壓力分布不對(duì)稱的偏壓特征，中間巖柱部位圍巖壓力大于

3、隧道外側(cè)，先行洞偏壓程度比后行洞嚴(yán)重；按此模式計(jì)算，可使隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)結(jié)果更加安全、更加合理，計(jì)算方法可為小凈距公路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考。 2、通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，指出了大斷面小凈距隧道施工開挖對(duì)圍巖變形和穩(wěn)定性影響的時(shí)空效應(yīng)及其影響范圍，總結(jié)提出了大斷面小凈距公路隧道在不同地質(zhì)、地形條件下合理施工方法和施工順序的建議：隧道開挖對(duì)掌子面前方(未開挖部分)圍巖主要影響范圍約0.5～0.75 B(B為隧道單洞開挖跨

4、度)，在掌子面后方約1.0～2.0 B；兩隧道相鄰掌子面的距離宜控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，一般取1.0B～1.5B較為合理；Ⅴ級(jí)圍巖中優(yōu)先選用雙側(cè)壁法施工，Ⅳ級(jí)圍巖優(yōu)選CD法，Ⅲ級(jí)及以上圍巖則優(yōu)選臺(tái)階法，而對(duì)一般地形偏壓為主的隧道，先開挖淺埋側(cè)隧道優(yōu)于先開挖深埋側(cè)隧道。 3、結(jié)合兩車道小凈距隧道研究成果，總結(jié)提出了大斷面小凈距隧道合理凈距取值的判斷準(zhǔn)則，即以合理的施工方案為前提，僅在常規(guī)初期支護(hù)狀態(tài)下，隧道中間巖柱圍巖屈服接近度應(yīng)避免η

5、=0.7的區(qū)域連通，同時(shí)考慮后行洞施工對(duì)先行洞位移和支護(hù)內(nèi)力不產(chǎn)生過大影響；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值分析和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)不同凈距時(shí)大斷面小凈距隧道相互影響規(guī)律進(jìn)行分析，得出了不同級(jí)別圍巖中隧道最小凈距的合理取值：Ⅴ級(jí)圍巖D≥0.6B，Ⅳ級(jí)圍巖D≥0.4B，Ⅲ級(jí)圍巖D≥0.3B，Ⅱ級(jí)位移D≥0.25B，并指出隧道最小凈距不宜小于4.0m。 4、在最小合理凈距研究基礎(chǔ)上，提出了大斷面小凈距隧道巖柱加固的基本原則和凈距范圍，即當(dāng)隧道凈距大于

6、最小合理凈距時(shí)，一般不需進(jìn)行特殊加固處理，僅以采用合適的施工方案為對(duì)策，按常規(guī)系統(tǒng)支護(hù)即可，而僅當(dāng)隧道凈距小于最小合理凈距時(shí)，才需采取特殊加固措施，并結(jié)合施工監(jiān)控量測(cè)及時(shí)調(diào)整修改相應(yīng)對(duì)策；同時(shí)，分析指出了三車道小凈距隧道區(qū)別于兩車道隧道巖柱加固的顯著特點(diǎn)，即在Ⅳ～Ⅵ級(jí)圍巖中，巖柱雁形部是受力狀態(tài)最薄弱、需重點(diǎn)加固處理的關(guān)鍵部位之一；在此基礎(chǔ)上，綜合論證提出了大斷面小凈距隧道巖柱加固范圍及施工對(duì)策的建議：在Ⅳ～Ⅵ級(jí)圍巖中，宜重點(diǎn)對(duì)巖柱雁形