【摘要】：在存在滑坡的高陡邊坡中進(jìn)行淺埋偏壓雙洞隧道側(cè)向穿越施工時(shí),圍巖力學(xué)行為非常復(fù)雜,嚴(yán)重影響施工和結(jié)構(gòu)安全,為此必須對這一過程中圍巖力學(xué)行為進(jìn)行深入研究,以采取針對性措施確保雙洞順利、安全地穿越邊坡并消除施工遺留的安全隱患。為此本文以穿越高陡邊坡且曾有滑坡泥石流事故發(fā)生的卡拉、楊房溝水電站交通專用公路草坪子長隧道工程中出現(xiàn)的重大難點(diǎn)問題為背景,綜合運(yùn)用文獻(xiàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場調(diào)查等方法對穿越高陡邊坡雙洞隧道的施工力學(xué)行為以及隧道破壞模式進(jìn)行深入分析研究,主要研究工作和成果如下： (1)系統(tǒng)分析了草坪子雙洞隧道的工程地質(zhì)、隧道結(jié)構(gòu)、雙洞空間展布、施工方法等施工條件及其對工程安全的影響,指出在滑坡、淺埋、偏壓等極差地質(zhì)條件下進(jìn)行雙洞穿越高陡邊坡施工時(shí),必須采取與之相適應(yīng)的施工方法和施工控制技術(shù)措施,否則一定會(huì)出現(xiàn)滑坡和隧道塌方,滑坡又會(huì)造成隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。因此,必須密切關(guān)注在這種地質(zhì)、山體條件下進(jìn)行雙洞隧道施工時(shí)圍巖應(yīng)力及位移分布特征、變化規(guī)律以及圍巖破壞模式。 (2)較系統(tǒng)地總結(jié)了現(xiàn)有隧道工程理論及方法,主要包括深埋隧道圍巖二次應(yīng)力及位移解、三次應(yīng)力及位移解,深埋偏壓隧道圍巖二次應(yīng)力及位移解,以及深埋雙洞隧道圍巖二次應(yīng)力及位移的求解方法,并運(yùn)用深埋隧道解析解對深埋隧道圍巖應(yīng)力及位移分布規(guī)律進(jìn)行了分析,指出深埋隧道埋論解已較為完備,但因無法考慮體力的影響,而使其使用范圍受到限制。 (3)結(jié)合卡揚(yáng)交通工程實(shí)際,首次提出了次深埋隧道(埋深在2.5倍洞徑及以上的隧道)的概念及其力學(xué)模型,該力學(xué)模型可以考慮體力的影響,能夠較好地符合工程實(shí)際,克服了深埋隧道解析解不能考慮體力的缺點(diǎn)。基于這一力學(xué)模型,運(yùn)用彈性理論之復(fù)變函數(shù)解法,推導(dǎo)出了次深埋隧道圍巖應(yīng)力、位移分布解析公式。利用導(dǎo)出的計(jì)算公式對次深埋隧道圍巖應(yīng)力與位移進(jìn)行計(jì)算,并與相同條件下的數(shù)值解進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明,解析解的分析結(jié)果較為合理,具有很好的對稱性,其與數(shù)值解能夠較好地相互印證,可很好地揭示出次深埋隧道圍巖二次應(yīng)力及位移分布規(guī)律,這對今后次深埋隧道乃至深埋隧道的設(shè)計(jì)與施工都有較高的參考價(jià)值。 (4)參考平面問題、空間問題及數(shù)值分析計(jì)算理論,分別對深埋段及淺埋偏壓段雙洞隧道開挖工況進(jìn)行了分析。兩類工點(diǎn)均設(shè)置了四個(gè)工況,前者主要考慮了開挖方法(全斷面法和臺階法)、支護(hù)方案(支護(hù)緊跟與毛洞開挖)和隧道穿越形式(單洞穿越與雙洞穿越)等三組變量的影響,后者考慮的變量與前者基本相同,僅將隧道穿越形式改為了開挖順序(先挖右洞和先挖左洞)。之后對每種工況進(jìn)行了計(jì)算,分析了各變量對圍巖力學(xué)行為的影響。結(jié)果表明：開挖方法和支護(hù)方案的變化對圍巖力學(xué)行為影響較大,隧道穿越形式和開挖順序的改變對圍巖力學(xué)行為影響較小。具體為臺階法施工能夠有效控制拱頂沉降和邊墻垂直應(yīng)力集中,而全斷面法能夠較有效地控制拱底隆起、邊墻水平位移及拱頂和拱底應(yīng)力集中；支護(hù)結(jié)構(gòu)緊跟能使圍巖位移特別是拱頂沉降及拱底隆起位移降低40%以上,其支護(hù)效果非常明顯；單洞穿越與雙洞穿越圍巖位移及應(yīng)力變化規(guī)律并無明顯區(qū)別,雙洞穿越時(shí)圍巖的應(yīng)力及位移分布可由單洞穿越的分布規(guī)律經(jīng)對稱復(fù)制得到；先挖左洞(深埋側(cè)洞),有利于降低右洞拱頂沉降及右邊墻水平收斂位移,先挖右洞(淺埋側(cè)洞),有利于降低右洞拱底隆起及左邊墻水平收斂位移,但這種作用非常有限,且左洞圍巖的位移對開挖順序的變化并不敏感。上述隧道穿越形式及開挖順序的相關(guān)結(jié)論可以說明雙洞凈距能滿足深埋段和淺埋偏壓段的安全凈距要求,雙洞施工相互間的影響非常微弱,可忽略不計(jì),雙洞掌子面之間的距離不受限制,開挖順序也不必設(shè)置特殊要求,只要單洞施工合理就可保證整體工程施工安全。 (5)依據(jù)理論分析及數(shù)值分析結(jié)論,結(jié)合隧道施工實(shí)踐,得出了雙洞穿越高邊坡(滑坡)時(shí)圍巖的應(yīng)力及位移分布規(guī)律以及圍巖的破壞模式。分析結(jié)果表明：深埋段洞周圍巖多呈現(xiàn)出“X”型剪切破壞；淺埋偏壓段隧道特別是洞口偏壓的存在使初始應(yīng)力場發(fā)生偏轉(zhuǎn),造成圍巖力學(xué)行為及破壞模式與深埋段極為不同,其圍巖破壞模式為淺埋側(cè)表現(xiàn)為整體垮塌式破壞(“U”型或“V”型)或擠出式破壞(“L”型),深埋側(cè)為“y”型剪切破壞。為此,在施工過程中,必須注意左洞(深埋側(cè)洞)拱頂兩側(cè)、拱底左側(cè)與右洞右上部位圍巖的剪切破壞,對于左洞應(yīng)嚴(yán)格做到“強(qiáng)支護(hù)、快封閉”,強(qiáng)支護(hù)亦包括超前支護(hù)；對于右洞,在嚴(yán)格執(zhí)行“弱爆破,緊襯砌”的同時(shí),應(yīng)確保邊坡加固工作超前于隧道開挖,以保證邊坡和淺埋側(cè)洞圍巖的穩(wěn)定。上述圍巖破壞模式的提出對于本工程的施工具有重要的指導(dǎo)意義,對其他類似工程也提供了一定的參考和借鑒。
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【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U451.2;U455

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2409246