大跨径连拱隧道塌方预报及其演化机理研究
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摘要
随着我国公路事业的蒸蒸日上,高速公路里程不断刷新记录。作为保证快速交通得以实现的穿越层层山岭的隧道,在公路工程中已成为重要的一环。在以往的高速公路修建时,隧道设计方案多采用双洞分离的形式,通过在左右洞之间保持一定的间距保证隧道设计施工的安全。
近年来,由于高速公路普遍向双向六车道及其以上趋势发展,连拱隧道方案成为隧道设计与施工较多的采用形式。连拱隧道线形流畅,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。然而如何安全地施工大跨径双连拱隧道,保障其安全的,正常的掘进,是近年很多学者和现场工程人员努力探索的一个重要工程问题。如何通过监控以及建模模拟实际结构进行安全性分析即为本文要探索的重要内容。
本文通过总结近年来各地的大跨径连拱隧道的施工经验,对大跨径连拱隧道的结构特点,施工工艺,设计经验,围岩破坏类型,病害机理等进行了研究和总结;通过宛坪高速公路内乡至西坪段刘家湾双向六车道大跨径连拱隧道围岩收敛位移的监测数据以及期间曾经的塌方过程的全程监控数据,进行了位移预测灰色系统模型的建立和分析;通过有限元软件建模,模拟现场隧道坍塌情况,结合隧道典型破坏断面底摩擦试验揭示了塌方过程与破坏机理,从而对现场施工方案进行了综合分析比选,得出了该项目工程更为有利的施工方法,对今后类似工程具有指导和借鉴意义。
Along with the highway business of our country make rapid progress, the superhighway mileage brushes the new record continuously. The tunnel make an assurance to the fast transportation , and become more and more important in the highway engineering. In the former superhighway congstruction, the tunnel design project adopts the form that the two holeses separated,to make sure the safety of the tunnel designs and construction. Recently,the former superhighway are becoming more and more width, adoption the arch tunnel which the two holes connected has become the direction of tunnel design and construction. There are many advantage about the arch tunnel which the two holes connected, such as line form flowing freely belong to the entire road design, cover the area little, the space utilization is high, avoiding the connection that between the roadbed and the tunnel entrance or between the big bridges and the tunnel entrance take much area if adopt the holes separated, link with the outside road convenience. However how to construct the arch tunnel which the two holes connected safely,how to make sure it is stable, is an important civil engineering problem which puzzled a lot of scholars recently.
In this text,I have summary the characteristics ,the construction craft and the design experience about the arch tunnel which the two holes connected by summarying the construction experience domestic and international in recent years. Set up a Grey-Model to predict and analyze the rock displacement depend on the rock displacement datum in the construction of the Liu Jia Wan arch tunnel which has six driveways. And set up a mold through a Limited dollar software, imitate the spot hole room circumstance, carry on the valid number analysis,landslide calculation and deduce.Build up an useful model to predict the rock displacement and an imitation laboratory model to analyze the landslide process,point out a better construction method. It is useful to the similar engineering and someone could develop it more.
近年来,由于高速公路普遍向双向六车道及其以上趋势发展,连拱隧道方案成为隧道设计与施工较多的采用形式。连拱隧道线形流畅,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。然而如何安全地施工大跨径双连拱隧道,保障其安全的,正常的掘进,是近年很多学者和现场工程人员努力探索的一个重要工程问题。如何通过监控以及建模模拟实际结构进行安全性分析即为本文要探索的重要内容。
本文通过总结近年来各地的大跨径连拱隧道的施工经验,对大跨径连拱隧道的结构特点,施工工艺,设计经验,围岩破坏类型,病害机理等进行了研究和总结;通过宛坪高速公路内乡至西坪段刘家湾双向六车道大跨径连拱隧道围岩收敛位移的监测数据以及期间曾经的塌方过程的全程监控数据,进行了位移预测灰色系统模型的建立和分析;通过有限元软件建模,模拟现场隧道坍塌情况,结合隧道典型破坏断面底摩擦试验揭示了塌方过程与破坏机理,从而对现场施工方案进行了综合分析比选,得出了该项目工程更为有利的施工方法,对今后类似工程具有指导和借鉴意义。
Along with the highway business of our country make rapid progress, the superhighway mileage brushes the new record continuously. The tunnel make an assurance to the fast transportation , and become more and more important in the highway engineering. In the former superhighway congstruction, the tunnel design project adopts the form that the two holeses separated,to make sure the safety of the tunnel designs and construction. Recently,the former superhighway are becoming more and more width, adoption the arch tunnel which the two holes connected has become the direction of tunnel design and construction. There are many advantage about the arch tunnel which the two holes connected, such as line form flowing freely belong to the entire road design, cover the area little, the space utilization is high, avoiding the connection that between the roadbed and the tunnel entrance or between the big bridges and the tunnel entrance take much area if adopt the holes separated, link with the outside road convenience. However how to construct the arch tunnel which the two holes connected safely,how to make sure it is stable, is an important civil engineering problem which puzzled a lot of scholars recently.
In this text,I have summary the characteristics ,the construction craft and the design experience about the arch tunnel which the two holes connected by summarying the construction experience domestic and international in recent years. Set up a Grey-Model to predict and analyze the rock displacement depend on the rock displacement datum in the construction of the Liu Jia Wan arch tunnel which has six driveways. And set up a mold through a Limited dollar software, imitate the spot hole room circumstance, carry on the valid number analysis,landslide calculation and deduce.Build up an useful model to predict the rock displacement and an imitation laboratory model to analyze the landslide process,point out a better construction method. It is useful to the similar engineering and someone could develop it more.
引文
[1] 刘洪洲,黄伦海. 连拱隧道设计施工技术研究现状.公路隧道,2002,1:37-40
[2] 杨建民. 金竹双连拱公路隧道设计.世界隧道,1999(1),16-20
[3] 申玉生,赵玉光. 双连拱隧道围岩稳定性的模糊概率分析研究.岩土工程学报,2005.11,27(11):1358-1361
[4] 刘淳. 五龙岭隧道中导坑初支变形的分析和应对措施.广东公路交通,1999,2:21-23
[5] 邓江,邓万福. 典型类比分析法在猫山隧道施工中的应用.公路,2000,3:58-61
[6] 卢耀宗,杨文武. 莲花山大跨连拱隧道施工方法研究.中国公路学报,2001,42(2):75-77
[7] 夏才初,刘金磊. 相思岭连拱隧道中墙应力研究.岩石力学与工程学报,2000,19(增):1115-1119
[8] 陈晓钜,林志良,李永盛. 不对称连拱隧道现场量测与分析研究.岩石力学与工程学报,2004,02:267-271
[9] 熊江陵,汤勇洛. 北京城市铁路双连拱隧道防排水综合施工技术.现代隧道技术,2003,40(05):48-53
[10] 唐亮. 柳州市南二环路桐油山隧道与施工.广西交通科技,2002,27(4):59-62
[11] 镇木生,刘辉. 南京鼓楼地下立交工程建设的若干问题.西部探矿工程,2001,13(6):72-73
[12] 孔祥金. 广东省隧道建设增长迅速.公路测设简讯,1994,3:22-23
[13] 王小鹏. 浅埋暗挖法修建三连拱排水隧道试验研究.市政技术,1993,1:2-14
[14] 肖德成,许文学. 北京地铁西单车站大管棚超前支护技术.铁道建筑技术,1994,3:4-8
[15] 何川,林刚,张志强等.连拱隧道的主要修建技术问题和对策.现代隧道技术,2002(增刊),265-269
[16] 申玉生,赵玉光. 高速公路双连拱隧道的中墙力学特性分析.地下空间与工程学报,2005.1,1(2)
[17] 林刚,何川. 双连拱公路隧道支护结构体系试验研究.西南交通大学学报,2004,39(3),362-365
[18] 王敬真,毛小林. 修建石佛寺水库对库土壤环境的影戏那个及对策研究.水电站设计,1997,13(3):75-78
[19] 马万全,王新平,程崇国. 神经网络技术在阳宗隧道围岩变形预测中的应用.公路交通技术,2003,2:56-58
[20] 肖红渠. 五龙岭大跨连拱隧道施工监测及变形特性分析.隧道建设,2001,21(1):1-6
[21] 李浩. 宁杭高速公路宜兴段梯子山隧道方案设计.江苏交通工程,2002,3:40-45
[22] 周玉宏,程崇国. 偏压连拱隧道施工过程的优化研究.岩石力学与工程学报,2002,21(5):679-683
[23] 彭定超,章勇武. 开挖施工方式对连拱隧道中墙影响的空间分.现代隧道技术,2002,39(1):47-53
[24] 王福柱,马锁柱,张振刚. 浅埋暗挖双连拱隧道施工力学分析.铁道建筑,2003,8:23-25
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[27] 丁文其,王晓形,李志刚. 龙山浅埋大跨度连拱隧道施工方案优化分析.岩石力学与工程学报,2005,24(22):4042-4047
[28] 李强,王明年,李玉文. 双跨连拱隧道两种中墙的空间力学效应分析.岩石力学与工程学报,2006,27(4):667-672
[29] 林刚. 连拱隧道施工理学行为研究:[博士学位论文].成都:西南交通大学,2005
[30] 吴梦军,连晋兴,黄伦海. 双连拱公路隧道支护结构体系试验研究.地下空间,2004,24(4):461-464
[31] 林刚,何川. 双连拱公路隧道支护结构体系试验研究.西南交通大学学报,2004,39(3),362-365
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[53] 李晓红. 隧道新奥法及其量测技术.科学出版社.2002,1: 1-4
[54] 高波,赵玉米. 岩质高边坡偏压隧道洞日段施工现场监控量测与地质灾害预 报.地质灾害与环境保护,2002,13(3):32-36
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[57] 姚振凯,黄运平,彭立敏. 公路连拱隧道工程技术.人民交通出版社.2006
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[60] 冯利华. 灰色预测模型的问题讨论.系统工程,1997
[61] 刘能铸. 基于灰色理论的隧道围岩稳定性预测分析.[重庆大学硕士学位论 文] .重庆:重庆大学,2007
[62] 肖新平,宋中民,李峰. 灰技术基础及其应用.北京:科学技术出版社,2005
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[60] 冯利华. 灰色预测模型的问题讨论.系统工程,1997
[61] 刘能铸. 基于灰色理论的隧道围岩稳定性预测分析.[重庆大学硕士学位论 文] .重庆:重庆大学,2007
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