超大斷面黃土公路隧道襯砌受力變形特性研究.pdf

1、目前，已建或在建的黃土單洞三、四車道公路隧道基本上都屬于超大斷面黃土公路隧道，能有效的緩解高密度的交通流量，勢(shì)必將成為未來隧道結(jié)構(gòu)形式的主流，從隧道的地質(zhì)狀況、地形條件結(jié)合設(shè)計(jì)資料可得出，超大斷面黃土公路隧道施工中將會(huì)面臨不少難點(diǎn)：開挖面積大、隧道埋深淺、圍巖強(qiáng)度低、隧道受力及施工工序復(fù)雜，在本質(zhì)上講它已不同于普通的單洞雙車道黃土隧道，且超大斷面淺埋黃土隧道的數(shù)量又較少，國(guó)內(nèi)外研究的不多，所以至今為止仍然存在問題。本文以我國(guó)西寶改擴(kuò)建中

2、的唐家塬隧道為工程背景，綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、理論分析和數(shù)值模擬等多種技術(shù)手段，從超大斷面黃土公路隧道初期支護(hù)力學(xué)特性、初期支護(hù)變形特性和二次襯砌力學(xué)特性三個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)全面的研究。主要工作及研究成果如下：
　　（1）超大斷面黃土公路隧道圍巖變形到穩(wěn)定，大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：急劇變形階段—持續(xù)增長(zhǎng)階段—緩慢增長(zhǎng)階段。超大斷面黃土隧道拱頂下沉量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圍巖水平收斂量，圍巖變形主要表現(xiàn)為整體下沉，所以在超大斷面黃土隧道施工過程中關(guān)鍵應(yīng)該

3、是如何控制隧道整體下沉，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，建議施工單位采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土方法來控制隧道整體下沉。
　?。?）采用《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》、謝家烋公式、太沙基理論、普氏理論、比爾鮑曼公式五種理論計(jì)算方法分別計(jì)算隧道圍巖壓力，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)進(jìn)行對(duì)比分析，得出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)垂直壓力與太沙基理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，在此基礎(chǔ)上提出了對(duì)太沙基理論的側(cè)壓力系數(shù)修正方法，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)進(jìn)一步驗(yàn)證了其可行性，推薦采用修正后的太沙基理論作為唐家塬隧道的圍巖壓力

4、計(jì)算方法，為今后同類隧道襯砌設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。
　　（3）根據(jù)唐家塬隧道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及圍巖壓力計(jì)算分析，指出現(xiàn)有隧道深淺埋界定標(biāo)準(zhǔn)并不適用于超大斷面黃土公路隧道，提出了以拱頂中心線土體側(cè)壓力系數(shù)變化規(guī)律為依據(jù)的深、淺埋數(shù)值模擬方法，推斷出唐家塬隧道的深淺埋界定范圍為90m，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況進(jìn)一步驗(yàn)證了其合理性與準(zhǔn)確性。
　?。?）通過現(xiàn)場(chǎng)圍巖壓力監(jiān)測(cè)，并對(duì)圍巖壓力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出唐家塬隧道圍巖壓力的分布形式：隧道的垂直方向圍巖壓

5、力的最大值并不是出現(xiàn)在拱頂部位，而是出現(xiàn)在中軸線側(cè)面40°左右，而其余的比拱頂小，圍巖的水平壓力分布形式拱部線性增長(zhǎng)，直墻部分均勻分布的特點(diǎn)。
　?。?）通過對(duì)國(guó)、內(nèi)外黃土隧道的安全閥值研究，提出了在現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)位移基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬綜合確定超大斷面黃土公路隧道安全閥值的方法，并給出了唐家塬隧道的安全閥值。運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)模型中的GM(1,1)、殘差模型和新陳代謝模型與現(xiàn)有的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，選取新陳代謝模型作為唐家塬隧道的預(yù)測(cè)