高速鐵路淺埋大斷面黃土隧道空間變形特性及支護(hù)機(jī)理研究.pdf

1、隨著我國(guó)鐵路隧道的發(fā)展，隧道設(shè)計(jì)和施工理論也得到了快速的發(fā)展。新建寶雞至蘭州高速鐵路是國(guó)家鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)的重要組成部分，線路正線長(zhǎng)度402.6公里，其中甘肅省境內(nèi)357.1公里，橋隧比例為92％。而天水至蘭州段正位于我國(guó)自重濕陷性黃土分布最強(qiáng)的地區(qū)，曲線半徑較大，以Q2、Q3砂質(zhì)黃土地區(qū)為主，自承能力較差，且淺埋區(qū)段較多，施工對(duì)地面的村莊影響較大，沉降難以控制，這都給施工帶來(lái)了極大的難度。本論文依托新建寶雞至蘭州高速鐵路的蘇家川隧道和西

2、坡隧道，通過(guò)大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、離心試驗(yàn)、數(shù)值模擬及力學(xué)推導(dǎo)等多種研究方法，對(duì)高速鐵路淺埋大斷面黃土隧道空間變形特性及支護(hù)作用機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，得到以下主要研究成果:
　　(1)在蘇家川隧道淺埋段設(shè)置試驗(yàn)段，開(kāi)展淺埋大斷面黃土隧道地層空間變形規(guī)律研究。通過(guò)量測(cè)地表沉降、地層分層沉降、拱頂沉降、掌子面水平位移、洞內(nèi)拱頂沉降和水平收斂，得出地層三維變形規(guī)律:地層豎向呈現(xiàn)整體下沉趨勢(shì)，隨埋深變化增加，有小幅增大;地表沉降

3、區(qū)域較小，且衰減較慢，采用Peck經(jīng)驗(yàn)公式擬合結(jié)果與實(shí)測(cè)規(guī)律一致，可有效預(yù)測(cè)地表沉降;水平位移相對(duì)較小，地層以豎向變形為主;洞內(nèi)量測(cè)變形也以豎向?yàn)橹?，且前期沉降無(wú)法測(cè)得。
　　(2)對(duì)大斷面黃土隧道時(shí)空效應(yīng)進(jìn)行研究，采用FLAC3D數(shù)值軟件對(duì)不同仰拱封閉距離和時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，并在蘇家川隧道、西坡隧道現(xiàn)場(chǎng)選取仰拱封閉時(shí)間或距離相同的典型斷面，分析不同仰拱封閉時(shí)間和距離對(duì)洞內(nèi)變形的影響，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果一致，給出仰拱封閉時(shí)間和

4、距離的合理取值。對(duì)比分析黃土隧道開(kāi)挖的時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)，得出空間效應(yīng)較為顯著，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件給出合理支護(hù)措施。
　　(3)分析大斷面黃土隧道圍巖中錨桿的受力機(jī)理，結(jié)合FLAC3D數(shù)值計(jì)算結(jié)果，用Boltzmann函數(shù)擬合圍巖的徑向位移，得出大斷面黃土隧道拱部和邊墻錨桿的內(nèi)力計(jì)算公式。分別設(shè)置不同長(zhǎng)度系統(tǒng)錨桿的離心試驗(yàn)，對(duì)比分析不同錨桿長(zhǎng)度的作用效果，得出增加系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)度，初支和地層變形會(huì)有所減小，但幅度很小，由于系統(tǒng)錨桿施作會(huì)大

5、幅增加初支封閉時(shí)間，根據(jù)施工時(shí)間效應(yīng)研究結(jié)果，綜合分析增加系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)度對(duì)隧道變形的控制效果不明顯，建議取消系統(tǒng)錨桿。
　　(4)為研究大斷面黃土隧道鋼架和噴砼作用機(jī)理，在西坡隧道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，量測(cè)圍巖壓力、噴混凝土早期強(qiáng)度、初支鋼架應(yīng)力、噴射混凝土應(yīng)力、初支與襯砌接觸壓力，并分析試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)隧道開(kāi)挖變形彈塑解及現(xiàn)場(chǎng)圍巖參數(shù)，得出圍巖特征曲線，結(jié)合不同厚度噴砼支護(hù)特征曲線和鋼架支護(hù)特征曲線，得出三種厚度噴射混凝土和鋼架組合支護(hù)曲線