淺埋暗挖法修建水下小凈距軟巖隧道的力學(xué)行為和關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、穿越城市江河的水下隧道若采用“淺埋+小凈距”的形式，既易于滿足坡度設(shè)置的要求，又便于連接兩岸的既有道路和節(jié)約用地，有著廣闊的應(yīng)用前景，但目前我國用淺埋暗挖法修建的水下小凈距交通隧道還很少。本文以長沙市瀏陽河公路隧道為工程背景，通過現(xiàn)場測試、室內(nèi)試驗(yàn)、解析計(jì)算和數(shù)值模擬，研究淺埋暗挖法修建水下小凈距軟巖隧道的力學(xué)行為和關(guān)鍵技術(shù)。主要工作和成果如下:
　　 (1)在施工現(xiàn)場詳細(xì)記錄了工作面的推進(jìn)情況、掌子面的圍巖狀況和隧道的滲水情況

2、，獲取了豐富的第一手資料以利于闡述問題和驗(yàn)證研究結(jié)果。
　　 (2)開展了深入細(xì)致的現(xiàn)場測試與分析:自制了土壓力盒安裝器，給出了詳細(xì)的測試元件埋設(shè)方法和保護(hù)措施;分析了河道水位、地表沉降、初襯的拱頂沉降和水平收斂、初襯背后的水壓力、圍巖與初襯間的接觸壓力、錨桿軸力、型鋼拱架應(yīng)力、二襯混凝土應(yīng)力等測試指標(biāo)的變化特點(diǎn);分析了開挖下臺階、全環(huán)封閉初襯、挖掉仰拱初襯上的臨時(shí)填土、灌注仰拱二襯混凝土、灌注拱墻二襯混凝土、移走二襯臺車等施工

3、環(huán)節(jié)對襯護(hù)力學(xué)性態(tài)的影響;分析了地下水滲流路徑在施工過程中的變化情況;總結(jié)了水下雙洞并行施工相互影響力學(xué)行為的特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，認(rèn)為可以采用“折減系數(shù)法”計(jì)算施作二襯以前的初襯背后水壓力，提出了折減系數(shù)的確定方法。
　　 (3)針對瀏陽河隧道采用臺階法施工，在下臺階開挖后未必能及時(shí)施作初期支護(hù)的情況，推導(dǎo)出了“上半斷面存在支護(hù)力、下半斷面無支護(hù)力”、河水水位上升情況下的水下淺埋隧道圍巖附加應(yīng)力的計(jì)算表達(dá)式。
　　

4、(4)通過建立考慮滲流的數(shù)值模型，計(jì)算分析了水下淺埋暗挖小凈距并行雙洞的河床沉降、初襯拱頂沉降、初襯主應(yīng)力和水壓力等，分析了河水水位變化對雙洞初襯拱頂沉降的影響。對比分析了數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場測試結(jié)果。
　　 (5)研究了水下淺埋暗挖強(qiáng)風(fēng)化礫巖隧道超前加固技術(shù)及相關(guān)理論問題:介紹了聯(lián)合超前支護(hù)技術(shù)方案，討論了止?jié){巖柱和孔口管存在的問題;對比分析了TSP超前地質(zhì)探測結(jié)果和施作聯(lián)合超前支護(hù)后開挖揭露的實(shí)際圍巖狀況;分析了注漿漿液在強(qiáng)風(fēng)

5、化礫巖中的作用機(jī)制，分析了聯(lián)合超前支護(hù)作用下圍巖橫向承載拱的形成機(jī)制;通過室內(nèi)試驗(yàn)，對比分析了三種漿液和強(qiáng)風(fēng)化礫巖的力學(xué)性質(zhì)、施作聯(lián)合超前支護(hù)前后的巖樣波速;給出了聯(lián)合超前支護(hù)作用下的上臺階爆破技術(shù)方案;通過現(xiàn)場測試和數(shù)值模擬，分析了拱部錨桿在應(yīng)用聯(lián)合超前支護(hù)后的功效;考慮滲流的影響，對比分析了無任何超前支護(hù)措施、只有全斷面超前預(yù)注漿、聯(lián)合超前支護(hù)三種情況下初襯的受力變形，并結(jié)合現(xiàn)場測試結(jié)果，分析了聯(lián)合超前支護(hù)對初襯受力性狀的影響;研究

6、了應(yīng)用聯(lián)合超前支護(hù)后拱墻二襯的合理施作時(shí)機(jī)。
　　 (6)研究了水下淺埋暗挖小凈距隧道貫通技術(shù)及相關(guān)理論問題:針對瀏陽河隧道相向施工、雙線四洞將在河底兩兩貫通的情況，建立考慮滲流影響的三維數(shù)值模型，計(jì)算分析貫通處兩側(cè)初襯的拱項(xiàng)沉降、先到達(dá)貫通處的初襯的應(yīng)力、先到達(dá)貫通處的洞室的掌子面縱向位移、貫通處巖柱的應(yīng)力、貫通區(qū)域的河床沉降和中夾巖的豎向應(yīng)力等，揭示了圍巖和初襯在貫通過程中的力學(xué)特征，給出相應(yīng)的貫通技術(shù)措施，現(xiàn)場觀察和現(xiàn)場實(shí)