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文檔簡介
1、隨著國內高速鐵路的快速發(fā)展,隧道開挖斷面也不斷增大,而富水大斷面黃土隧道,由于土體強度低,變形大,自承能力小;且在受水的影響十分強烈,一旦被水浸泡,黃土強度驟減將誘發(fā)初期支護沉降變形過大,圍巖長時間難于穩(wěn)定等問題。如何在富水大斷面黃土隧道施工中,尋求一套科學、安全、快速的施工方法成為目前亟待解決的問題。論文針對鄭西鐵路客運專線張茅隧道開挖斷面大、富水飽和、黃土遇水成泥、沉降變形大、易塌方、工程地質復雜等特點,為實現(xiàn)安全、優(yōu)質、快速施工的
2、目的,進行了富水黃土大斷面隧道圍巖變形規(guī)律及其施工控制方法的研究。
(1)對張茅隧道的近飽和黃土地層的工程性質進行了調查、測試和分析研究,張茅隧道洞身主要為第四系中更新統(tǒng)(Q2)老黃土,以黏質黃土為主,含水量高達20%,飽和度達92%,具有弱~中膨脹性,屬Ⅳb級圍巖,且隧道開挖跨度大、斷面大,施工難度遠大于修建同類型的一般黃土隧道,必須采取合理有效的施工方法和工程措施。在富水黃土地層中開挖隧道后,由于黃土的崩解性、濕陷性和弱膨
3、脹性,在富水的作用下,土體開挖后會迅速崩解,強度驟然降低,圍巖自穩(wěn)能力極大消減;隧道開挖后土體容易順著節(jié)理脹松或剪斷,出現(xiàn)片幫和頂部塌方;選擇合理的開挖方法是確保此類地質條件的大斷面隧道安全的保障。
(2)通過對CD法、CRD法、雙側壁導坑法和三臺階七步開挖法的比較分析,得到了三臺階七步開挖法的變形值略大于CRD法和雙側壁導坑法,但三臺階七步開挖法進度快,并有利于隧道盡早閉合。
(3)采用三維數(shù)值方法模擬分析了隧道開
4、挖支護過程,研究了富水大斷面黃土隧道的開挖過程圍巖及支護結構的應力及變形規(guī)律。結果表明三臺階七步開挖法的施工過程,初期支護拉應力集中主要發(fā)生在拱腳和拱項;壓應力集中主要發(fā)生在拱頂和邊墻、墻腳;初支型鋼鋼架各控制點內、外側應力最大值為-127.07MPa;初期支護拱頂沉降不大,最終拱頂沉降值約為50.2mm,拱項沉降收斂距離約在2D左右;初期支護水平位移量值小,其中拱腳處水平位移最終值為6.3mm,邊墻中部為10.5mm,邊墻底部為10.
5、1mm;拱腳處水平相對位移的收斂距離約在1.5D左右,邊墻中部以及底部的水平位移收斂較快,收斂距離約在1D左右;
(4)選擇典型斷面進行了隧道開挖支護過程中圍巖及支護結構應力和變形的現(xiàn)場測試及規(guī)律研究,從現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據來看,初支變形不大,并在初支封閉后很快趨于穩(wěn)定,而且初支的應力及圍巖壓力也都較小,說明了三臺階七步開挖法適用于富水老黃土地層的大跨隧道施工。
(5)在數(shù)值分析規(guī)律研究和現(xiàn)場測試的基礎上,研究提出了張茅隧道
6、施工圍巖變形控制的基本技術方法,三臺階七步開挖法開挖施工中的基本技術參數(shù)為:上臺階3m~5m,中、下臺階4m~6m,上臺階不小于寬度的0.3倍,臺階錯臺:2~3m;上臺階進尺不宜大于0.8~1.0m,中、下層臺階進尺不宜大于1.5m,仰供一次開挖施做初支護的長度不宜大于2~3m;通過留核心土、開挖面初噴3~5cm混凝土、設置超前小導管技術有效控制掌子面的穩(wěn)定;通過設置大拱腳、鎖腳錨桿技術控制整體沉降;施工中仰拱必須及時封閉,封閉距離為3
7、0~35m,封閉時間宜控制在15天左右;
(6)研究了隧道底板的變形控制水泥擠密樁處理技術,隧道地基處理完成后,垂向的地基系數(shù)增加幅度達178.3%,而隧道拱腳的各項物理性質得到了明確的改善,壓縮模量的增加幅度達343.9%,孔隙比降低幅度最大達43.4%;靜力觸探和標貫值也得到了顯著提高;仰拱的總沉降量僅為80.3mm和77.3mm,預測的工后沉降量僅在3mm左右,能滿足工后沉降的要求。
(7)仰拱填充面動位移隨激
8、振頻率在21Hz之后增長速率變緩,最大垂直動位移約為0.5mm;仰拱填充面最大振動速度為1.61mm/s;激振動應力大小與激振時間以及激振頻率基本無關,在30kPa激振動壓力作用下,仰拱底部實測最大動應力為5.1kPa,僅仰拱填充面激振動應力的1/6;振動速度衰減至0.2mm/s時的深度為仰拱填充面下約5.9m處;仰拱下黃土圍巖中的最大振動速度為1.03mm/s。
(8)仰拱回填混凝土中激振應變大小隨激振頻率的增加變化不大,可
9、以近似地認為與激振頻率無關;在仰拱填充面30kPa激振壓力和激振頻率f=5~27Hz的作用下,隧底超靜水壓幅值很小,約是隧底黃土圍巖中激振動應力的1/50。
(9)激振試驗后,激振機下的隧底土體的每10cm貫入擊數(shù)都在40左右,說明該處富水黃土處于堅硬狀態(tài),不存在軟化現(xiàn)象;試驗前后級配曲線沒有明顯變化,特別是激振試驗前后的黏粒含量沒有減小,隧底富水黃土土層不存在細化、泥化現(xiàn)象;基底黃土的抗剪強度指標c、ψ基本沒有變化,激振對隧
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