超淺埋大跨度連拱隧道圍巖受力分析及工程應(yīng)用研究.pdf

1、連拱隧道是隧道的重要結(jié)構(gòu)形式，與分離式隧道相比，由于其線形流暢，占地面積少，空間利用率高，避免了洞口路基或大橋分幅，與洞外線路連接方便;同時(shí)在適應(yīng)地形條件、環(huán)境保護(hù)以及工程數(shù)量上都具有優(yōu)越性，近些年連拱隧道伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，得到了前所未有的發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了許多問(wèn)題。青臨高速公路長(zhǎng)城嶺隧道是雙向六車(chē)道連拱隧道，最大埋深不足5米，最大跨度為17米，處于超淺埋大跨度連拱隧道。同時(shí)地表存在有2000多年歷史的齊長(zhǎng)城遺址，這對(duì)工程的施工提

2、出了更高的要求，目前關(guān)于此類(lèi)隧道的研究還比較少，沒(méi)有值得可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)，為了使工程順利進(jìn)行，同時(shí)確保國(guó)家文化遺址的安全，本文以長(zhǎng)城嶺隧道作為工程背景，針對(duì)超淺埋大跨度連拱隧道的圍巖受力分析展開(kāi)了研究，在理論分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)研制相似材料和三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，并結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，主要做了如下工作:
　　 (1)由于特殊的工程工況，涉及到重要的歷史文化遺址保護(hù)，對(duì)地表沉降提出了極為嚴(yán)格的要求

3、，因此按照目前的城市地下工程地表沉降標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)家相關(guān)文物保護(hù)規(guī)定，制定了地表沉降標(biāo)準(zhǔn)控制值。
　　 (2)在綜合分析淺埋隧道破壞模式的基礎(chǔ)上，基于hoek-brown非線性破壞準(zhǔn)則，利用極限塑性分析，根據(jù)淺埋隧道圍巖塌落破壞模式，計(jì)算了長(zhǎng)城嶺隧道的塌落破壞形狀圖。
　　 (3)根據(jù)相似定理，研制了模型相似材料和超淺埋大跨度連拱隧道地質(zhì)模型平臺(tái)，基于施工方案優(yōu)選的進(jìn)行了大比例尺重力作用下的三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，利用多種監(jiān)測(cè)

4、手段，綜合分析了CRD1，CRD2和CD三種施工方案下的塑性區(qū)分布，圍巖壓力，水平收斂和拱頂沉降以及地面沉降等數(shù)據(jù)，得出CRD1和CRD2兩種開(kāi)挖方法對(duì)圍巖影響沒(méi)有很大的差別，而且兩種施工方法下地表沉降數(shù)值低于30mm，可以作為施工方案進(jìn)行。與CRD1和CRD2兩種開(kāi)挖方案相比，CD法開(kāi)挖對(duì)圍巖的影響要大的多，說(shuō)明臨時(shí)水平支撐在超淺埋大跨度隧道中起到的作用是至關(guān)重要的。相對(duì)于理論計(jì)算的隧道塌落面形狀，采取CRD1和CRD2兩種開(kāi)挖方法得

5、到的塌落面形狀范圍要更大一些，說(shuō)明圍巖受施工因素影響，破壞范圍會(huì)增加。
　　 (4)針對(duì)超淺埋大跨度連拱隧道中隔墻上覆圍巖特殊的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換和受力模式，展開(kāi)中隔墻上覆圍巖破壞模式和機(jī)理的地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，并利用udec進(jìn)行模擬，全面揭示中隔墻上覆圍巖破壞機(jī)理，并提出施工措施。
　　 (5)在理論分析和地質(zhì)力學(xué)以及數(shù)值模擬結(jié)果分析基礎(chǔ)上，基于改善圍巖巖性和增強(qiáng)預(yù)支護(hù)力，選擇了地表注漿和大管棚作為輔助施工手段，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

6、?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，拱頂沉降和水平收斂相比于模型試驗(yàn)結(jié)果要小很多，地表沉降最大值控制在30mm以?xún)?nèi)，說(shuō)明輔助施工措施有效改善了圍巖，減少了圍巖的松動(dòng)范圍，進(jìn)而說(shuō)明了輔助措施選擇的合理性?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中出現(xiàn)的地表橫向裂縫，發(fā)現(xiàn)地層的水平位移控制亦是關(guān)鍵因素，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的地層水平位移問(wèn)題，制定了有效的治理措施。
　　 (6)通過(guò)電阻率試驗(yàn)可以得出，中隔墻上方約5m范圍內(nèi)圍巖破裂程度較為嚴(yán)重，大洞拱頂約2.8m