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原文传递连拱隧道建设中的几个关键问题研究——选型、偏压、裂缝、抗震及监测

论文题名：	连拱隧道建设中的几个关键问题研究——选型、偏压、裂缝、抗震及监测
关键词：	高速公路;连拱隧道;结构选型;隧道-边坡耦合作用;裂缝;抗震;监控量测
摘要：	随着我国现代化建设事业的迅猛发展,尤其是西部大开发的深入进行,高速公路建设已成为我国公路建设的主流.连拱隧道作为一种新的结构形式,在我国高速公路建设中得到了大量应用,目前正在向简化工序的长距离、大断面方向发展,中墙结构形式也从当初的整体式直中墙发展为整体式曲中墙和三层曲中墙,防排水系统也有较大进展,但在结构选型、隧道-边坡耦合作用、裂缝分析、结构抗震以及监控量测技术和信息化施工等方面还有待于进一步深入和发展.作者以云南省元磨高速公路隧道群以及安徽芜湖经济技术开发区龙山隧道为背景,以西部交通建设科技项目(2002-318-000-22)"连拱隧道建设的关键技术研究"以及安徽芜湖经济技术开发区项目"软弱破碎地层大跨度大断面双连拱隧道施工环境控制技术应用研究"为依托,针对以上五个问题展开研究,取得以下认识:(1)选型.连拱隧道在选用前,必须经过仔细选型,通过与分离式隧道、小间距隧道以及路堑高边坡的技术、经济比选,来确定是否选用该结构.在确定采用连拱隧道后,还要通过连拱隧道的构造组合和中墙形式,来确定连拱隧道的最终结构,以做到技术可行、经济合理和确保安全.(2)隧道-边坡耦合作用.隧道-边坡耦合作用主要有三个方面:①作用模式问题.连拱隧道与边坡的相互作用模式可以概括为a)隧道位于潜在滑面内、b)隧道位于潜在滑面中、c)隧道位于潜在滑面坡顶、d)隧道位于潜在滑面坡脚四种模式;②隧道对边坡的影响.数值计算表明,边坡的主应力分布以及变形都和隧道开挖后有所不同.从边坡受力角度而言,先开挖靠山侧更有利于边坡稳定;③边坡对隧道的影响.边坡内施工连拱隧道,两种曲墙结构受力规律类似,先开挖靠山侧的内洞更有利于隧道结构受力,但三层曲中墙在结构受力和防水性能方面优于整体式曲中墙结构.(3)裂缝.主要有三个方面:①裂缝的调查问题.是裂缝研究的起点和基础;②裂缝的定性问题.通过裂缝的形状和特征,采用简单的力学分析,初步判定裂缝的性质和力学成因(静荷载裂缝、温度裂缝和动荷载裂缝),可以为裂缝的处理和防治提供依据;③裂缝的运动问题.裂缝的运动主要是裂缝张开度随时间的变化(时变特征),可以采用监测手段,监测裂缝运动和变化,进而为是否需要立即处理以及分析隧道结构的整体受力提供依据;④裂缝的扩展问题.裂缝的起裂和扩展,在理论上可以采用断裂力学的判据来判断和分析.(4)抗震.主要有三个方面:①震害的类比分析.在没有连拱隧道震害报道的情况下,可通过已有非连拱隧道的震害,来类比连拱隧道可能出现的震害;②结构动力分析的理论基础.在进行连拱隧道结构动力分析之前,必须对所采用的计算方法和计算模型有充分的认识;③结构动力数值分析.数值分析结果表明,对于偏压地形中的两车道连拱隧道,结构受力最不利的部位为中墙底与仰拱结合部位;对于浅埋偏三车道连拱隧道而言,连拱隧道中墙顶-拱脚结合部位和中墙基座-仰拱结合部位是抗震薄弱部位.动力弹塑性分析表明,浅埋大跨连拱结构在地震作用下,可能出现破坏,抗震最薄弱部位是边墙拱脚、中墙顶和拱脚结合部位、中墙底和仰拱结合部位等.④在大跨连拱隧道软弱破碎围岩的钻爆开挖中,爆破震动对本洞及邻洞的初衬可能会产生一些不利影响,爆破对隧道的作用与影响,受爆源、介质和隧道自身三大条件的影响.正确分析爆破作用下结构的动力响应,对爆破进行实时监测,评价爆破效果,不断优化爆破方案,合理控制爆破规模及保证隧道安全施工具有重要意义.(5)监控量测技术是采用NATM法施工连拱隧道的眼睛,改进和完善监控量测技术和流程具有重要意义.笔者在云南元磨高速公路、安徽芜湖龙山隧道的现场监控量测工作中积累了一定的经验,在前人大量工作的基础上对连拱隧道监测的方法、流程以及技术文件的组成等进行了总结,通过现场工作实例的分析,指出了监测工作可以用于指导仰坡支护、控制爆破、围岩松动原因判定、裂缝控制以及指导信息化施工等.
作者：	王建秀
导师：	朱合华
授予学位：	博士后
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2004
正文语种：	中文