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甘肃黄土公路隧道设计与施工技术研究

袁永新  
【摘要】: 黄土隧道是难以修建且建成后病害较多的一类隧道。本文以甘肃省黄土公路隧道为工程依托,通过研究总结甘肃省黄土隧道的工程地质特点、典型黄土隧道有限元分析、黄土公路隧道结构设计、黄土公路隧道开挖方法及优缺点、支护的选型与优化、隧道施工组织与控制、隧道质量检测方法及评定标准,得到了以下结论: 黄土公路隧道数值仿真表明:衬砌竖向压力呈两侧大中间小的分布形式,但其阶段之间变化规律随埋深而有所不同,最大侧向压力发生位置不同,现行规范中侧向荷载系数值偏低;在浅埋隧道中,一次衬砌拱部弯矩中间大两侧小,边墙弯矩相对较小,仰拱压力呈现两侧大中间小的分布规律,其弯矩为负弯矩,拱腰处轴力较大;在深埋隧道中,一次衬砌拱部弯矩呈拱顶处小两侧大分布性态,墙脚处弯矩值较大,仰拱压力和弯矩相对较大,拱腰处轴力较大;二次衬砌拱部弯矩值较小,轴力几乎处于均布状态,可按轴对称圆筒理论进行拱部衬砌设计和强度验算。浅埋黄土公路隧道施工完成后地面大量浸水,会使得拱上土体呈整体下沉趋势,衬砌竖向压力增大。开挖后浸水,一次衬砌拱顶处轴力减小,墙部衬砌和仰拱轴力增大。黄土公路隧道在施工中拱部极易发生小的坍塌,但随着时间的推移,围岩压力趋于均匀分布,浅埋隧道围岩压力“猫耳朵“分布形状较为明显。仰拱在深埋与浅埋隧道中的作用不尽相同,在浅埋隧道中仰拱受力相对较小,但对维护隧道结构长期稳定的作用不可替代,在深埋隧道中仰拱受力相对较大,且两端大,中间小。 黄土公路隧道采用两次模筑衬砌的设计中,二衬承受荷载相对较小,其设计计算方法与“新奥法”的设计有较大的区别。除老黄土及未风化的红色泥岩外,不宜设置三车道隧道断面。黄土隧道初次衬砌起拱线以上宜采用变截面结构;二次衬砌仰拱与侧墙的连接采用小半径圆弧;初期支护采用格栅拱架代替工字钢拱架。 对含水量不高的一般黄土隧道宜采用双侧壁导坑先拱后墙正台阶法施工;对于软弱的饱和黄土、风化软弱的泥岩段及浅埋段宜采用双侧壁导坑先墙后拱反台阶法施工;在胶结较好的老黄土及未风化的红色泥岩段,可采用新奥法短台阶进行施工。对双车道隧道断面,可采用单侧壁导坑法(CD法)进行施工,对紧急停车带三车道大断面坦拱隧道,可采用双侧壁导坑法进行施工。


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