[博士]軟弱圍巖雙連拱隧道設計施工關鍵技術研究

內容簡介

　　[博士]軟弱圍巖雙連拱隧道設計施工關鍵技術研究　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度：2005　　進入20世紀90年代以來，我國的公路(特別是高速公路)建設進入一個高速發(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，但在特殊地質及地形條件下，隧道形式的選擇不僅受地形、地質條件的約束，同時受線路平、縱、橫指標以及三方面組合設計的制約?！　? 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)，結構復雜，開挖與支護交錯進行，使得圍巖應力變化和支護荷載轉換變得尤為復雜。全國各地己建成不少連拱隧道，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、造價較高及工程質量不夠理想等間題，除了雙連拱隧道本身結構型式有待完善外，另一個重要的因素就是需要對軟弱圍巖雙連拱隧道設計施工的關鍵技術有待于深入的研究.　　在雙連拱隧道結構荷載計算方法方面，從目前發(fā)表的文章來看，荷載，結構法與地層.結構法均有采用。在荷載•結構法中，關鍵是荷載的確定，雙連拱隧道施工條件較差，隧道結構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的計算方法?！　? 隨著雙連拱隧道得到廣泛的應用和發(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、隧道結構斷面型式的分類及結構力學特性的研究，得出連拱隧道結構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、工程地質條件和隧道結構受力等條件的要求.任何一個因素的改變可能會影響連拱隧道整體結構的穩(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I125)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、襯砌支護應力、中墻的變形及豎向應力方面對對比分析，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構力學特性及隧道凈空位移變化?！　? 中墻是雙連拱隧道結構受力的核心構件，受力十分復雜，是隧道應力集中部位(拉、壓、彎、扭、剪力均有)，其結構受力要在隧道整體結構中進行調整。而中墻的力學行為和它的位移沉降指標直接關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理間距為2B，但必須同時滿足在2B范圍內施工工期不少于15天，以保證圍巖應力均衡釋放?！　? 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)場施工管理盈測基準，使雙連拱隧道工程的支護設計由定性或經(jīng)驗設計向定性與定量結合的設計水平方向發(fā)展。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)化隧道支護結構受力特性，為今后公路隧道規(guī)范的修編提供技術參考?！　? 在上述研究中，通過將數(shù)值模擬、室內相似模型試驗與現(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T理論依據(jù)和指導，解決了施工中一系列的技術關鍵和難題，為類似工程的設計、施工和研究豐富和積累了寶貴的經(jīng)驗。

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