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大断面黄土隧道初支作用机理及变形控制技术研究(论文).pdf

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大断面黄土隧道初支作用机理及变形控制技术研究(论文).pdf 第1页
Construction &Design For Project 工程建设与设计 1 引言 作 为占据我国国土面积 6.3%的黄土地质在我国地域上实际 分布面积广泛,随着我国改革开放后社会经济迅猛发展,道路工程 建设的规模不断扩大,特别是黄土隧道的建设速度也逐年提高 。 纵观我国黄土地区道路建设,随着我国经济的发展,黄土隧 道施工技术水平也得到不断提高,从小断面隧道到大断面 、超大 断面隧道的施工,从单工序到多工序的隧道施工,在整个黄土隧 道施工过程中已经逐步形成一套完整的设计理论及实践经验。 2 大断面黄土隧道初支作用机理 黄 土隧道的建设随着隧道的开挖势必会对隧道周围的岩土 造成作用力的改变,岩土受力重新分布,被开挖的岩土残余应力 释放,受这一系列作用力的改变,在一定范围内,若岩土得不到及 时有效的支护作用,那么岩土势必会产生变形,导致最终松动产 生塌方等事故,使隧道失稳。 2 . 1 大断面黄土隧道初支结构类型 目前我国黄土隧道施工根据支护作用原理 ,其初支结构类型 主要有刚性支护、 柔性支护、复合支护3种,在大断面黄土隧道施 工中,主要采用柔性支护和复合支护 2种,柔性支护中广泛应用 的有锚喷支护,即锚杆与喷射混凝土支护 、锚喷与其他支护共同 支护;复合支护是一种新兴支护结构,在初期支护结构中采用柔 性支护,如锚喷支护,后期二次则选择刚性支护,如现浇钢筋混凝 土支护。 2 . 2 大断面黄土隧道初支原理 初支结构的作用主要是保证周围岩石的稳定 ,承受各种荷载, 保持隧道断面的净空高度,保证后续施工的安全 。其原理主要为: (1) 大断面黄土隧道初支原理主要建立在周围岩土和隧道外 加支护结构共同作用的基础上,充分发挥周围岩土自身承受应力 能力,并降低周围岩土压力,改善隧道支护结构受力能力 。根据 岩石力学理论,当周围的岩石洞壁位移达到允许最大变形值时, 其压力达到最小值;周围岩石处于塑性状态时,岩石自身承受应 力能力最大,因此,大断面黄土隧道初支原理要求在施工过程中 采用快速支护,超前支护,在挖据过程中边作业边根据作业面进 行支护;此外,要充分发挥岩石自承能力,分层喷射 、调节作业时 间柔性支护 。(2) 初支原理的另外一个内容在于要充分发挥支护 材料的自承能力,分次支护 、柔性支护 、锚杆支护 、封闭支护等方 法,通过与周围岩石紧密粘结,能提高支护材料的自承能力,在发 挥支护结构混凝土承载能力方面要优于传统支护方法 。(3) 初支 原理要求根据周围岩土的地质特性、 力学性,通过现场监控、建立 力学模型、 计算并指导在大断面黄土隧道施工过程中因地适宜地 选择支护方式及施工方法。 2 . 3 大断面黄土隧道初支作用力学特性 初支作用力学研究数值计算模式如下。 数值计算根据不同的初期支护结构施工时间 ,通过改变周围 岩石荷载力释放的系数计算。 (1)初支结构施工时间,荷载释放系 数为 0时,即隧道动工后就立即进行支护结构施工,荷载释放系 数为 1时,即待周围岩石在动工以后变形稳定,调整好二次应力 变化后再进行支护结构施工,当到达该数值 1时,说明大断面黄 土隧道的初支结构施工太迟,初支结构不能达到设计效果,那么 计算将不再收敛,故荷载释放系数 K选取访问为 0<K <1,论文选 取 0.025、 0.5、0.75、 0.9 4 个数值 。( 2) 在初期支护结构稳定研究 中,支护结构刚度也是需重要考量的数值,其主要体现在初支结 构的弹性模量上。根据弹性模量分级表可知,喷射混凝土的弹性 模量为 30GPa。 隧道埋深 60m,左右侧距各 50m,上下45m,具体参数如表 1 所示。 表 1 大断面黄土隧道建设工程模型设计值 3 大断面黄土隧道的变形 分 析已建大断面黄土隧道的施工,有深埋和浅埋之分,拱顶 到拱底的最后沉降差异范围在 -41~-9mm 的为深埋大断面类型, -18~-7mm 的范围则是浅埋大断面类型。 研究大断面黄土隧道的 变形规律、 变形特性,以及黄土隧道地表裂缝发展规律,有利于之 后的大断面黄土隧道有针对性进行施工,作出相应的准确对策措 施,保证隧道结构稳定,提高作业效益和经济效益 。 3 . 1 大断面黄土隧道变形特性 大断面黄土隧道初支作用机理及变形控制技术研究 S tudy on Primary Support Mechanism and Deformation Control Technology of the Loess Tunnel with Large Sections 蔡志强 ( 湖南恒基项目管理有限公司,长沙 410004) CAI Zhi-qiang ( Hunan Hengji Project Management Co.Ltd., Changsha410004, China ) 【摘 要 】通过对已建设完成的黄土隧道工程的数据统计 ,利用计算机技术进行数值模拟计算,对大断面黄土隧道断面的力学特性和初支机理进行 研究分析,同时根据初支机理,依托郑西线黄土隧道工程对大断面黄土隧道的沉降变形特性 、影响因素进行系统深入的研究,并通过实践证明得 到沉降变形的关键控制技术。 【 Abstract 】 T hrough data statistics of the completed construction in loess tunnel engineering, we use computer tech
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