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《华东交通大学》 2017年
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两河口岩溶连拱隧道施工技术研究

张健明  
【摘要】:随着我国交通基础设施建设的迅速发展,山区高速公路建设数量日益增多,隧道所占的比例越来越大。由于我国山地面积大,各种地形地质条件十分复杂,隧道建设面临安全、质量、费用与环境保护等的难度也越来越大。由于连拱隧道结构在线型布置和环境保护方面的独特优势,在高速公路隧道建设中受到广大工程技术人员的重视,建设数量越来越多。但连拱隧道结构的特殊性,施工过程中受力体系转换复杂,也使得连拱隧道的建设技术存在许多亟需解决的问题。本文针对两河口隧道连拱结构特征和岩溶地质特征,在对国内外不同地质条件下的连拱隧道建设技术进行全面调研和总结的基础上,对连拱隧道的开挖施工方案和支护技术进行分析比较,应用FLAC3D进行连拱隧道动态模拟分析,通过现场监测对开挖方案、数值分析结果、岩溶溶腔和溶腔塌方处治方案的合理性、可靠性进行了验证。完成的主要工作如下:(1)在广泛调查国内外连拱隧道研究现状的基础上,通过对两河口隧道地质条件调查和分析,以及三导洞法、中导洞法、无导洞法的优缺点的分析,论述了该隧道采用中导洞贯通后主洞采用上下台阶法的施工方法。(2)利用FLAC3D数值分析软件对两河口连拱隧道进行了模拟分析,研究了在不同施工方案下围岩与支护结构应力场、位移场的变化规律。中导洞对洞室围岩应力场和位移场的影响集中洞室周边小部分区域。在中导洞施工完成后,应力场呈对称布置。先行洞开挖时,与中岩墙相接触的围岩压应力迅速增长,并造成中岩墙向后行洞倾倒的趋势。先行洞洞施工过程中,中岩墙处于明显的偏压状态,位移场也呈不对称状态分布。先行洞二次衬砌后,围岩压应力和底部拉应力呈降低趋势。但拉应力区范围却在扩大,有必要设置仰拱使结构的受力更为合理。后行洞开挖围岩应力场出现较大的变化,且对左洞围岩应力场产生影响。后行洞初支施工完成后,中岩墙顶部和底部承受的荷载表现为明显的增长趋势。后行洞支护结构施工完毕,中岩墙的受力状况才得到改善。但中岩墙底部和中岩墙顶部有着较大的拉应力,逐渐接近混凝土的抗拉极限值。在连拱隧道施工的不同阶段,结构受力呈现出复杂的转换状态。(3)通对综合运用地质调查、地质素描和地质雷达相结合的方法完成了两河口岩溶连拱隧道的不良地质预报工作,以两河口隧道K71+918-YK71+932岩溶溶腔发育地质预报为例,验证了上述三种方法相结合进行岩溶隧道地质预报的可靠性。针对YK71+912-YK71+930段岩溶溶腔发育,局部发生溶腔塌方的岩溶地质特征,基于围岩稳定性考虑,对该岩溶发育段采取了原有初期支护参数不变、空腔段预埋钢管加固与混凝土回填溶腔、预埋设排水管加强排水的处治措施。经监测结果验证了该岩溶溶腔加固与排水措施结合处治措施的合理性。(4)通过在现场布置监控量测元件,完成了两河口岩溶连拱隧道监控量测工作。隧道洞内外观察显示,两河口隧道施工过程中隧道洞内外没有地表开裂和明显下沉现象,洞内无混凝土脱落和支撑扭曲等现象。围岩变形、岩溶溶腔塌方处治后的变形、围岩受力、钢拱架受力、中岩墙受力与变形都表现出早期增加较快,随后逐步降低,并在一定时间内趋于稳定的变化规律。其规律与数值分析结果的变形规律相符。不同围岩地质条件和施工工艺的差异,会导致其其受力与变形存在一定的差异,但其变形值、变形速率大小、受力大小较小,都没有达到预警值。一方面说明岩溶地质条件开挖扰动变形较小,另一方面也验证了数值分析模型的可靠性和施工工艺的合理性。同时监控量测也验证了岩溶溶腔与溶腔塌方处治措施的合理性。
【学位授予单位】:华东交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U455.4

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