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浅埋洞室围岩压力若干问题研究

王晓形  
【摘要】:随着能源、交通、国防、市政,采矿业等国民经济建设的迅速发展和全球性环境保护及人类生存可持续发展的需求,地下工程的建设越来越多。近年来,我国交通基础设施建设规模逐步扩大,在西部山区修建大量的高速公路,不可避免地带来公路隧道的快速发展。但是在设计与施工中存在一些问题,一方面造成洞室塌方、衬砌开裂等事故,一方面过于保守,导致人力、物力、财力的巨大浪费与损失。这些存在的问题需要进一步研究: (1)连拱隧道作为一种新型的结构,在中短隧道设计中有较为明显的优势,其荷载模型一直是设计人员关心的问题; (2)公路隧道设计规范(JTG D70-2004)将地层结构法引入到Ⅰ~Ⅳ级深埋隧道的围岩压力计算中,但是浅埋隧道围岩压力仍以松散荷载进行确定,事实上,即使是浅埋洞室,仍有很大部分的洞室围岩发挥了一定的自承载能力;如何对这部分围岩承担的荷载进行确定是目前设计中面临的一大难题,也是优化设计的关键; (3)有限元法在地下工程设计中研究存在主观和客观上的不确定性,如计算模型、计算参数的选取、计算的假定以及设计施工数据与信息不足等,目前在地下工程设计中一般只能作定性分析,无法给出定量的设计值。 其他诸如在浅埋地下洞室开挖过程中,存在地表植被、保护性建筑等得不到保护;支护参数设计过大或发生整体塌陷;隧道运营之后出现仰拱鼓起、路面开裂等一系列问题。 本文结合西部交通建设科技项目《连拱隧道建设关键技术的研究》,通过广泛的设计与施工调查、数值方法以及对监测数据的详细分析,取得了一些成果。本文完成的研究工作和取得的创新成果主要包括: (1)提出了小隧道棚支护的浅埋洞室开挖方法,小隧道棚支护的浅埋洞室开挖方法为保护地表植被、建筑,避免大开挖提供了一种新颖且有效的途径,并比较了暗挖条件下各种施工方法对围岩压力的影响。 (2)考虑连拱隧道中墙支护的作用,提出双塌落拱假定,确定了连拱隧道的围岩压力模式及其大小,双塌落拱假定为多拱结构施工期围岩压力的研究奠定了基础; (3)在广泛现场调查的基础上,通过监测数据的详细分析以及数值模拟,提出了各级围岩条件下浅埋洞室围岩压力的分配比例。Ⅰ~Ⅱ级围岩,压力完全由围岩与初衬承担;Ⅲ级围岩,压力由围岩与初衬承担50~60%;Ⅳ级围岩,


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