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原文传递边坡卸荷与隧道进洞交叉施工条件下高边坡三维稳定性分析

论文题名：	边坡卸荷与隧道进洞交叉施工条件下高边坡三维稳定性分析
关键词：	边坡卸荷;隧道进洞;交叉施工;高边坡;三维稳定性
摘要：	在公路工程中如何安全穿越高边坡是施工中的难题，特别是在需要进行高切坡地段，隧道进洞与边坡稳定问题一直以来都是施工中关注的重点。依托位于104国道长兴李家巷至湖州施家桥段戚家山隧道工程，对边坡卸荷与隧道进洞交叉施工条件下高边坡稳定性进行研究，对交叉施工方法进行探索，得到隧道进洞与边坡切坡卸荷交叉施工方案。主要工作及结论如下：　　(1)通过对现场工程地质条件进行分析，发现戚家山双洞隧道工程地质环境较差，围岩较破碎，边坡高陡，洞口段仰坡有较厚滑坡体，后缘裂隙发育，该边坡目前处于欠稳定状态，当隧道进洞爆破施工时易使坡体产生滑动，未来可能进一步发生整体性的滑动，对工程的施工安全产生较大的安全隐患，应在隧道进洞施工前采取卸荷等措施。　　(2)根据监测数据对边坡X、Y方向的累积倾斜量进行分析，发现距离坡脚较近监测点累计倾斜量比远离坡脚的更大，位于隧道拱顶上部测点边坡倾斜累积变化量普遍大于其它位置，并且在70天之后边坡整体倾斜变化速率趋于稳定。坡脚处累积沉降变形最大，将数据进行拟合，通过拟合函数得到了坡体的动态变形过程，得到了边坡的最终的累积沉降量。并且分析出边坡坡脚变形分为三个阶段，即变形快速增长阶段、变形缓慢增长阶段与变形稳定阶段。建议在类似工程施工时，施工过程中应重点关注坡脚处位移的变化情况，并增加监测点与监测频率。　　(3)运用数值模拟软件Midas/GTS对边坡卸荷与隧道进洞交叉施工过程进行了数值分析，模拟时确定隧道在进洞到0~10m、20~30m、40~50m、60~70m、70~80m、90~100m、100~110m时需要分别对第八至第一级边坡进行切坡。并对上述进洞距离以2m为一个研究段进行细分，进一步确定在4m、26m、42m、66m、74m、92m、108m时需要分别对第八至第一级边坡进行卸荷，在90m后位移曲线开始收敛，108m以后隧道施工对边坡整体影响较小。在上述对应隧道进尺开挖时，保证分别对第八至第一级边坡进行切坡，即可保证现场隧道与边坡安全施工，证明了交叉施工是一种合理可行的方法。　　(4)随着隧道进洞施工距离不断增加，当隧道掌子面靠近边坡监测点时，测点最大速度逐渐达到最大值；当爆心距随着隧道埋深的增大而增大时，测点最大速度逐渐减小，符合萨道夫斯基传播规律。在模拟施工的整个过程中，隧道施工主要对坡脚影响较大，随着隧道进洞距离的增大，位移逐渐沿着坡脚向坡面发展，在边坡处于欠稳定状态时，边坡塑性区通常为贯通状态，坡脚主要受剪产生破坏。将监测数据与数值计算结果进行对比，对比结果显示模拟数据符合现场位移变化规律，验证了数值模拟的准确性。并根据模拟结果求得适用于戚家山隧道边坡的振动经验衰减公式。　　(5)通过对双洞空间展布对边坡稳定的研究，发现隧道左右洞间距对各测点X和Z方向上位移影响表现出相似规律，当左右洞间距在30~40m时，在一定间距内洞距的增大使得各测点位移减少，位移较现场工程减少6~9%。隧道左右洞间距15m时，各测点位移都有明显上升，并且在此间距模拟到最后位移没有收敛，较实际工况X方向位移最大增加18.22%、Z方向最大增加16.10%。当隧道埋深不同时，从整体分析Z方向位移变化趋势较X方向更大，当隧道埋深增大时，隧道进洞爆破施工后，边坡整体位移呈现减小趋势，较工程实际X方向位移最大减小17.23%，Z方向最大减小19.07%。爆心距变大时，各测点位移峰值变小，距离爆心越近衰减越快，越远衰减越慢，距离爆心越近的测点位移更大。当有类似工程进行施工时，上述研究成果可以为其提供参考。　　(6)针对边坡稳定系数研究时，发现在卸荷后边坡稳定系数都有不同程度的提高，但在双洞不同间距和埋深下，边坡稳定的劣化与提高水平不同。当左右洞间距30~40m、埋深在10~20m时，在进洞的各个阶段边坡卸荷与隧道进洞交叉施工都能得到安全实现，左右洞间距40m较初始工况最大提高了2.92%，隧道埋深20m较初始工况最大提高了3.52%。在考虑左右洞间距25m、20m与埋深5m时，在施工前期边坡卸荷加固已经不能保证边坡稳定，需采用在边坡设置抗滑桩、预应力锚索等其它支护手段，稳定系数较初始工况最大减小3.06%，在90m后边坡稳定系数曲线趋近于收敛，边坡处于稳定状态，稳定系数曲线有收敛的趋势。对左右洞间距15m进行分析时，边坡一直处于欠稳定状态，此时无法实现边坡卸荷与隧道进洞的交叉施工，稳定系数较其它工况明显减小，较现场工况最大减小8.15%。当有类似工程进行施工时，上述研究成果可以为其提供参考。
作者：	杨承民
专业：	建筑与土木工程
导师：	叶四桥
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022