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原文传递超浅埋大跨度连拱隧道围岩受力分析及工程应用研究

论文题名：	超浅埋大跨度连拱隧道围岩受力分析及工程应用研究
关键词：	浅埋大跨度隧道;连拱隧道;围岩受力分析;地表沉降;模型试验
摘要：	连拱隧道是隧道的重要结构形式，与分离式隧道相比，由于其线形流畅，占地面积少，空间利用率高，避免了洞口路基或大桥分幅，与洞外线路连接方便;同时在适应地形条件、环境保护以及工程数量上都具有优越性，近些年连拱隧道伴随着我国经济的快速发展，得到了前所未有的发展，同时出现了许多问题。青临高速公路长城岭隧道是双向六车道连拱隧道，最大埋深不足5米，最大跨度为17米，处于超浅埋大跨度连拱隧道。同时地表存在有2000多年历史的齐长城遗址，这对工程的施工提出了更高的要求，目前关于此类隧道的研究还比较少，没有值得可以借鉴的经验，为了使工程顺利进行，同时确保国家文化遗址的安全，本文以长城岭隧道作为工程背景，针对超浅埋大跨度连拱隧道的围岩受力分析展开了研究，在理论分析的基础上，通过研制相似材料和三维地质力学模型试验平台，进行地质力学模型试验，并结合数值模拟计算，结合现场监测，主要做了如下工作: 　　 (1)由于特殊的工程工况，涉及到重要的历史文化遗址保护，对地表沉降提出了极为严格的要求，因此按照目前的城市地下工程地表沉降标准以及国家相关文物保护规定，制定了地表沉降标准控制值。　　 (2)在综合分析浅埋隧道破坏模式的基础上，基于hoek-brown非线性破坏准则，利用极限塑性分析，根据浅埋隧道围岩塌落破坏模式，计算了长城岭隧道的塌落破坏形状图。　　 (3)根据相似定理，研制了模型相似材料和超浅埋大跨度连拱隧道地质模型平台，基于施工方案优选的进行了大比例尺重力作用下的三维地质力学模型试验，利用多种监测手段，综合分析了CRD1，CRD2和CD三种施工方案下的塑性区分布，围岩压力，水平收敛和拱顶沉降以及地面沉降等数据，得出CRD1和CRD2两种开挖方法对围岩影响没有很大的差别，而且两种施工方法下地表沉降数值低于30mm，可以作为施工方案进行。与CRD1和CRD2两种开挖方案相比，CD法开挖对围岩的影响要大的多，说明临时水平支撑在超浅埋大跨度隧道中起到的作用是至关重要的。相对于理论计算的隧道塌落面形状，采取CRD1和CRD2两种开挖方法得到的塌落面形状范围要更大一些，说明围岩受施工因素影响，破坏范围会增加。　　 (4)针对超浅埋大跨度连拱隧道中隔墙上覆围岩特殊的结构转换和受力模式，展开中隔墙上覆围岩破坏模式和机理的地质力学模型试验，并利用udec进行模拟，全面揭示中隔墙上覆围岩破坏机理，并提出施工措施。　　 (5)在理论分析和地质力学以及数值模拟结果分析基础上，基于改善围岩岩性和增强预支护力，选择了地表注浆和大管棚作为辅助施工手段，并进行现场试验研究。现场监测结果表明，拱顶沉降和水平收敛相比于模型试验结果要小很多，地表沉降最大值控制在30mm以内，说明辅助施工措施有效改善了围岩，减少了围岩的松动范围，进而说明了辅助措施选择的合理性。现场监测研究中，结合现场施工过程中出现的地表横向裂缝，发现地层的水平位移控制亦是关键因素，并针对现场出现的地层水平位移问题，制定了有效的治理措施。　　 (6)通过电阻率试验可以得出，中隔墙上方约5m范围内围岩破裂程度较为严重，大洞拱顶约2.8m范围内围岩破裂程度较为严重，反映出中隔墙上方区域受开挖扰动影响应力状态调整频繁，围岩破坏严重。
作者：	李新志
专业：	岩土工程
导师：	李术才
授予学位：	博士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文