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原文传递浅埋卵石土层隧道施工关键技术研究

论文题名：	浅埋卵石土层隧道施工关键技术研究
关键词：	浅埋卵石土层;隧道施工;开挖技术;预加固;数值模型
摘要：	随着我国经济实力的增长和西部大开发的快速推进，我国交通工程获得了空前的发展。截至到2021年底，已建成公路、铁路隧道超过30000km。我国中西部地区包含大量的卵石土层山区，当隧道穿越该类地层并处于浅埋带时，围岩裂隙较多，多呈现较破碎状态，在降雨入渗条件下易产生渗水等灾害。由于该段埋深浅、岩层破碎，施工中易引发塌方、甚至冒顶事故，危及现场施工人员的生命和财产安全。因此针对浅埋卵石土层的隧道施工技术的研究便显得尤为重要。本文取得了如下结果：　　（1）探讨浅埋卵石土层隧道常用的施工工法，包括开挖技术与预加固技术，并对其进行对比总结，研究各施工技术适用的围岩岩性。并以工程经验与定性分析两种方法对不同地质情况下施工工法的选择给出相应的建议，结果表明：浅埋隧道的围岩等级多为Ⅳ级与Ⅴ级，可将围岩状况分为极破碎、较破碎与较完整，得出如下结论：①Ⅳ、Ⅴ级极破浅埋隧道碎围岩建议选用双侧壁导坑法与联合预加固技术；②Ⅳ、Ⅴ级较完整浅埋隧道围岩在保障安全的前提下，以成本为主，建议选用环形开挖预留核心土与联合预加固技术的施工工法；③介于上述二者之间的Ⅳ、Ⅴ级较破碎围岩，建议选用预留核心土法或隔壁法与联合预加固技术。　　（2）对石羊岭浅埋卵石土层段隧道进行了大量的现场的施工监控量测，分析其数据可以得出该类隧道在环形开挖预留核心土法与联合预加固技术下隧道的变形规律，结果显示：①石羊岭浅埋卵石土层隧道段的拱顶沉降呈现出“两段式”变化，即“急-缓-急-缓”的趋势，这是由于隧道运用了环形开挖预留核心土法进行开挖，对上部环形区域进行开挖时，拱顶围岩受到扰动，发生第一次急速变形；当左、右部位开挖时，环形初支的拱脚处于半悬空状态，因此发生第二次急速变形。②周边收敛则呈现出先急后缓的趋势，这是因为周边收敛线设在环形部位拱脚与左右部分开挖的联合处，在拱部环形开挖与左右部分开挖时，受到“拱脚作用”影响，周边收敛值出现大变形。但拱顶沉降与周边收敛都会随着围岩应力释放的结束、初支拱架的架立而逐渐趋于平缓。　　（3）使用Midas数值模拟分析软件，结合现场实际，构建石羊岭浅埋卵石土层段隧道的计算模型，并以该模型为基础，探讨了常用于浅埋隧道施工的四种开挖技术，对其位移结果云图进行了对比分析，认为在统一施作联合预加固措施的前提下，“眼睛工法”对控制隧道变形的效果最好，环形开挖预留核心土法效果最差，隔壁法介于二者之间，但通过结果可以看出，在石羊岭浅埋卵石围岩的情况下，双侧壁导坑法在控制隧道变形方面不具备压倒性的优势，因此建议该隧道采用“环形开挖预留核心土法+联合预支护+施作临时仰拱”的施工工法。　　（4）针对构建的石羊岭浅埋隧道数值模型，并对其施工工法进行了进一步研究，得出在该隧道采用的联合预加固技术中，地表注浆的作用要大于超前小导管；且结合前人的前研究，对该隧道的开挖技术进行了开挖技术的进一步模拟，建议现场核心土开挖长度为2.5m。　　（5）根据时间序列的思想，以石羊岭隧道的监控量测数据为基础，讨论了三次指数平滑法预测隧道位移变形的可行性，并对该方法进行了优化，以便更为准确的预测。结果表明：用该方法预测隧道位移变形是可行的，且通过实测值、预测值与优化值的对比分析后，验证了优化公式的正确性。
作者：	刘锦涛
专业：	建筑与土木工程
导师：	邓祥辉;陈冰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安工业大学
学位年度：	2022