關于隧道加固設計的分析

1、<p>　　關于隧道加固設計的分析</p><p>　　摘要：本文作者結合盾構法施工原理，介紹了盾構法在隧道設計建設中的應用。 </p><p>　　關鍵詞：隧道；加固設計；分析 </p><p>　　中圖分類號：TU2文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　隧道是公路建設中一個重要的組成部分，既然避免不了就要保證設計的科

2、學和施工質量的優(yōu)質。雖然隧道的抗震效果比地面結構要強，但是設計施工質量也明顯低于地面工程。認真應對公路隧道受地震嚴重破壞的預期，制動科學有效的設計方案，保證隧道抗震加固的效果。高烈度地震對公路、鐵路、隧道、橋梁、通訊、供水等設施都會造成巨大的破壞，對高烈度地震區(qū)的公路隧道開展抗、減震的研究正逐漸得到人們的關注。根據(jù)四川汶川5&#8226;12特大地震的震害調查結果分析報道,道路工程中遭受地震破壞最嚴重的是路基,其次為橋梁,隧道最

3、輕。地震對隧道工程的破壞包括襯砌成片剝落掉塊,洞體橫向剪斷,縱向錯動或剪切裂縫,邊墻上斜裂縫與豎向裂縫,襯砌內(nèi)鼓、開裂、拱頂外翹、襯砌壓碎、剝落,洞口襯砌裂損、洞口高邊坡坍塌等。如果隧道所處地區(qū)地質情況較差，又是地震高發(fā)區(qū)，那么由于隧道出口為淺埋，就極其容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。所以必須對高地震區(qū)的隧道設計進行研究。 </p><p>　　1 盾構隧道抗震計算方法 </p><p>　　抗震設計是

4、需要進行科學的計算。近年來，隧道的設計施工技術普遍應用了復雜的橫截面和大尺寸橫截面的盾構技術，要求在橫截面部位進行抗震設計已經(jīng)成為慣例。但是在實際建設中，盾構隧道和周邊土體之間的動力相互作用是很復雜和不確定的，盾構隧道橫向上抗震設計方法目前還沒有特別成熟的經(jīng)驗，許多工程師和研究人員一直致力于此項技術的研究。由于分析結果復雜，成熟的、適用的抗震設計方法還沒有形成，處于研究階段。隧道的地震變形方法是一種靜力分析方法的體現(xiàn)。在靜力分析方法中，

5、人們把自由土體反應位移認定為施加在隧道結構上的地震荷載因素。最近一個時期，有人把此方法當作盾構隧道縱向抗震設計的適用方法。目前，我國在隧道縱向抗震分析中，設計使用方法一般有以下幾種： </p><p>　　1.1 震度法。該種方法是將地震對隧道的影響看作隧道產(chǎn)生的慣性力，把這個慣性力作為外力增加為隧道的荷載，以靜力計算法獲取隧道的內(nèi)力、位移等響應值，從而判斷其安全性； </p><p>　

6、　1.2 響應位移法。響應位移法認為地震時，結構的加速度及變形是因為周圍地層的響應而產(chǎn)生的，隧道作為一種結構物與地層形成一個整體一起運動，從而使結構產(chǎn)生動應力和動應變，由于不同深度、位置處的地層位置，所產(chǎn)生的運動與位移是不同的，使結構物在相應深度處被迫產(chǎn)生不同的位移和運動，結構物在此情況下承受由強制變形產(chǎn)生的應力與應變； </p><p>　　1.3 動力反應分析法，隧道作為一種地下結構物，在其縱向分析中一般用的

7、最多的是質量彈簧模型法，其主要原理為：假定基巖上的表面地層作剪切振動，我們把表面地層看做被分成多數(shù)垂直于隧道軸線的條帶分割，每個條帶用等效質量一彈簧系統(tǒng)(一個質量、一個彈簧和一個把質量與基巖相連的減振器組成)代表，再把相鄰的兩個質量用彈簧和減振器連接后形成一個系統(tǒng)，建立該系統(tǒng)的運動方程后，計算出每個質量處的位移情況，然后按彈性地基梁理論計算隧道的位移和內(nèi)力的具體數(shù)據(jù)。 </p><p>　　上述三種方法中，都有各

8、自的弊端，第一種方法就是普遍應用的傳統(tǒng)結構抗震分析方法，這樣計算是不能反映出地下結構本身所具有的特點，后面兩種方法是人們針對地下結構本身固有的地震反應特點而探索出來的，這兩種方法考慮了結構與土層的相互作用問題，可對結構本身反應的計算方法仍然是利用靜力的彈性地基梁理論進行的，所以對相互作用過程中的土的粘性阻尼的影響考慮顯得缺乏。 </p><p>　　2 盾構隧道抗震措施的分析 </p><p&

9、gt;　　采用盾構法的隧道建設中，從目前業(yè)內(nèi)人士的研究狀況看所采用的抗震措施，主要有以下幾個方面： </p><p>　　2.1 對于襯砌位移的處理措施，襯砌最大位移差越大，則相對襯砌產(chǎn)生的應力就越大。所以設計中應該注意減小襯砌的最大位移差，這樣隧道襯砌承受的應力會相應的減?。?</p><p>　　2.2 減震的措施，隧道的減震設計中，減震層的彈性模量與圍巖彈性模量的差直接關系到減震效果

10、，但在實際地下結構中，設計師要考慮隧道在靜力作用下的荷載及變形情況，還要考慮減震層的剛度下限。對于軟質圍巖，如果設置減震層，其效果不明顯，但是如果設置加固層的減震，那么所產(chǎn)生的效果就非常明顯了；在硬質圍巖層面，設置減震層后，減震效果明顯提高，而設置加固層的減震效果有所減弱，施工時要保證注漿密實并且澆筑范圍要大些一些，其減震效果也就能夠非常好 。 </p><p>　　3 提高隧道抗震能力的措施 </p>

11、;<p><b>　　3.1 選好地基 </b></p><p>　　選擇一個最佳的建設位置，將隧道工程盡量建于均勻、穩(wěn)定的地基中，避開斷層，遠離山坡坡面，繞開山坡不穩(wěn)定地段以及飽和砂土地基，以便能夠減少地震液化情況； </p><p>　　3.2 勘測過程中盡量選取埋深較大的線形，使道路走向遠離風化巖層區(qū)； </p><p>　

12、　3.3 設計區(qū)間隧道轉角處的交角不可以太小，否則對抗震不利，應加強隧道出入口處的抗震設計及施工； </p><p>　　3.4 如果施工實際情況允許，施工過程中盡量采用暗挖法； </p><p>　　3.5 施工中盡量減少土體不連續(xù)性對抗震能力的影響，如果施工區(qū)內(nèi)的土壤與巖石上或土體內(nèi)有巖石隆起部位，施工中應在開挖范圍內(nèi)用土或集料進行回填處理，以消除地基硬點的影響，避免或減少破壞發(fā)生率；

13、 </p><p>　　3.6 設計采用抗震縫，也可以增加隧道管段間的柔性接頭等措施，從而實現(xiàn)降低隧道整體區(qū)間長度的目標； </p><p>　　3.7 提高施工質量，嚴格按設計規(guī)范施工，增加土體與隧道襯砌間的穩(wěn)定性和牢固性。 </p><p>　　4 盾構隧道抗震加固措施 </p><p>　　對于公路施工的線性，是人們無法控制的，尤其是不

14、能因為地震區(qū)就不修路，所以加固隧道，保證公路的使用壽命，就要采取科學的措施。上文已經(jīng)對隧道的震害特點和抗震措施進行了分析，具體可從以下幾方面實施： </p><p>　　4.1 關于選擇隧道位置，設計時應盡量選擇山坡穩(wěn)定、地質條件較好的位置開挖，避免使隧道穿越不穩(wěn)定斷層地區(qū)。 </p><p>　　4.2 隧道的洞口必須避開容易發(fā)生滑坡、巖堆和泥石流的地段，這樣在一定程度上可以減少地震對公

15、路的破壞。 </p><p>　　4.3 如果隧道經(jīng)過地帶是淺埋、偏壓以及破碎帶等不良地段時，設計施工方案可以在其襯砌背后進行壓注水泥砂漿的辦法進行加固處理。充分利用地下結構比地面結構抗震效果好的優(yōu)勢，借助先進的技術，對公路隧道受地震嚴重破壞的預測要縝密，找出容易被破壞的原因，進行有針對性的加固處理。 </p><p><b>　　5 結束語 </b></p&g

16、t;<p>　　隨著科技的飛速發(fā)展，以及國民經(jīng)濟發(fā)展所需的基礎設施建設投入的增加，地下空間開發(fā)和地下結構建設規(guī)模正在日益擴展，充分利用地下資源是未來城市及交通發(fā)展的趨勢。地下結構的抗震設計及其安全性評價是隧道施工中的一項重要內(nèi)容，加強這方面的研究具有非常重大的意義。目前我國有上千座鐵路、公路隧道都處在西部強震地帶，這一情況可以促進隧道震害的研究工作，并且可以準確地為抗震加固提供科學的數(shù)據(jù)資料。對于公路建設的選址和隧道設計、

17、施工的開展都顯得特別重要，保證隧道工程抗震穩(wěn)定性，提高設計施工質量，既是對國家財政資金負責，也是對企業(yè)的市場信譽負責。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 南小軍. 城市地下淺埋暗挖隧道小導管注漿加固措施探討[J]. 技術與市場. 2011，(02). </p><p>　　[2] 李松柏. 花管注漿