連拱隧道建設(shè)中的幾個關(guān)鍵問題研究——選型、偏壓、裂縫、抗震及監(jiān)測.pdf

1、隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的迅猛發(fā)展,尤其是西部大開發(fā)的深入進(jìn)行,高速公路建設(shè)已成為我國公路建設(shè)的主流.連拱隧道作為一種新的結(jié)構(gòu)形式,在我國高速公路建設(shè)中得到了大量應(yīng)用,目前正在向簡化工序的長距離、大斷面方向發(fā)展,中墻結(jié)構(gòu)形式也從當(dāng)初的整體式直中墻發(fā)展為整體式曲中墻和三層曲中墻,防排水系統(tǒng)也有較大進(jìn)展,但在結(jié)構(gòu)選型、隧道-邊坡耦合作用、裂縫分析、結(jié)構(gòu)抗震以及監(jiān)控量測技術(shù)和信息化施工等方面還有待于進(jìn)一步深入和發(fā)展.作者以云南省元磨高速公路隧道

2、群以及安徽蕪湖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)龍山隧道為背景,以西部交通建設(shè)科技項目(2002-318-000-22)"連拱隧道建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)研究"以及安徽蕪湖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)項目"軟弱破碎地層大跨度大斷面雙連拱隧道施工環(huán)境控制技術(shù)應(yīng)用研究"為依托,針對以上五個問題展開研究,取得以下認(rèn)識:(1)選型.連拱隧道在選用前,必須經(jīng)過仔細(xì)選型,通過與分離式隧道、小間距隧道以及路塹高邊坡的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選,來確定是否選用該結(jié)構(gòu).在確定采用連拱隧道后,還要通過連拱隧道的

3、構(gòu)造組合和中墻形式,來確定連拱隧道的最終結(jié)構(gòu),以做到技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理和確保安全.(2)隧道-邊坡耦合作用.隧道-邊坡耦合作用主要有三個方面:①作用模式問題.連拱隧道與邊坡的相互作用模式可以概括為a)隧道位于潛在滑面內(nèi)、b)隧道位于潛在滑面中、c)隧道位于潛在滑面坡頂、d)隧道位于潛在滑面坡腳四種模式;②隧道對邊坡的影響.數(shù)值計算表明,邊坡的主應(yīng)力分布以及變形都和隧道開挖后有所不同.從邊坡受力角度而言,先開挖靠山側(cè)更有利于邊坡穩(wěn)定;③邊

4、坡對隧道的影響.邊坡內(nèi)施工連拱隧道,兩種曲墻結(jié)構(gòu)受力規(guī)律類似,先開挖靠山側(cè)的內(nèi)洞更有利于隧道結(jié)構(gòu)受力,但三層曲中墻在結(jié)構(gòu)受力和防水性能方面優(yōu)于整體式曲中墻結(jié)構(gòu).(3)裂縫.主要有三個方面:①裂縫的調(diào)查問題.是裂縫研究的起點和基礎(chǔ);②裂縫的定性問題.通過裂縫的形狀和特征,采用簡單的力學(xué)分析,初步判定裂縫的性質(zhì)和力學(xué)成因(靜荷載裂縫、溫度裂縫和動荷載裂縫),可以為裂縫的處理和防治提供依據(jù);③裂縫的運動問題.裂縫的運動主要是裂縫張開度隨時間的

5、變化(時變特征),可以采用監(jiān)測手段,監(jiān)測裂縫運動和變化,進(jìn)而為是否需要立即處理以及分析隧道結(jié)構(gòu)的整體受力提供依據(jù);④裂縫的擴(kuò)展問題.裂縫的起裂和擴(kuò)展,在理論上可以采用斷裂力學(xué)的判據(jù)來判斷和分析.(4)抗震.主要有三個方面:①震害的類比分析.在沒有連拱隧道震害報道的情況下,可通過已有非連拱隧道的震害,來類比連拱隧道可能出現(xiàn)的震害;②結(jié)構(gòu)動力分析的理論基礎(chǔ).在進(jìn)行連拱隧道結(jié)構(gòu)動力分析之前,必須對所采用的計算方法和計算模型有充分的認(rèn)識;③結(jié)構(gòu)

6、動力數(shù)值分析.數(shù)值分析結(jié)果表明,對于偏壓地形中的兩車道連拱隧道,結(jié)構(gòu)受力最不利的部位為中墻底與仰拱結(jié)合部位;對于淺埋偏三車道連拱隧道而言,連拱隧道中墻頂-拱腳結(jié)合部位和中墻基座-仰拱結(jié)合部位是抗震薄弱部位.動力彈塑性分析表明,淺埋大跨連拱結(jié)構(gòu)在地震作用下,可能出現(xiàn)破壞,抗震最薄弱部位是邊墻拱腳、中墻頂和拱腳結(jié)合部位、中墻底和仰拱結(jié)合部位等.④在大跨連拱隧道軟弱破碎圍巖的鉆爆開挖中,爆破震動對本洞及鄰洞的初襯可能會產(chǎn)生一些不利影響,爆破對

7、隧道的作用與影響,受爆源、介質(zhì)和隧道自身三大條件的影響.正確分析爆破作用下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng),對爆破進(jìn)行實時監(jiān)測,評價爆破效果,不斷優(yōu)化爆破方案,合理控制爆破規(guī)模及保證隧道安全施工具有重要意義.(5)監(jiān)控量測技術(shù)是采用NATM法施工連拱隧道的眼睛,改進(jìn)和完善監(jiān)控量測技術(shù)和流程具有重要意義.筆者在云南元磨高速公路、安徽蕪湖龍山隧道的現(xiàn)場監(jiān)控量測工作中積累了一定的經(jīng)驗,在前人大量工作的基礎(chǔ)上對連拱隧道監(jiān)測的方法、流程以及技術(shù)文件的組成等進(jìn)行了總