由于工程地質(zhì)的復(fù)雜性,隧道的設(shè)計選線上往往無法避免經(jīng)過一些特殊地質(zhì)段,更有甚者甚至整條隧道處在這種地質(zhì)中,雖然現(xiàn)行公路隧道設(shè)計規(guī)范對其提出相關(guān)的工程措施,但是并無具體的設(shè)計參數(shù)。其設(shè)計主要采用工程類比的方法進行設(shè)計和設(shè)計變更,從而使得隧道支護襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的差異性,導(dǎo)致工程投資不必要的增加,甚至還存在相當(dāng)大的安全隱患。對此本文首先收集各種不良地質(zhì)段的設(shè)計資料并對其進行統(tǒng)計分析其特征,其次在原預(yù)設(shè)計支護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)計規(guī)范,結(jié)合依托工程的實際地質(zhì)條件,類比我國隧道工程建設(shè)經(jīng)驗與技術(shù),對該隧道處于石膏和巖溶段進行優(yōu)化。本文先根據(jù)現(xiàn)場實際情況提出優(yōu)化設(shè)計參數(shù),再對優(yōu)化方案進行安全性、可行性分析,最后再通過現(xiàn)場監(jiān)控量測驗證調(diào)整。主要研究成果有:(1)根據(jù)安全性、經(jīng)濟性原則依照現(xiàn)場反饋以及對圍巖樣本進行試驗所得出的實際情況,對隧道預(yù)設(shè)計處于巖溶和石膏段不足之處進行優(yōu)化,提出適合依托工程的設(shè)計參數(shù)。(2)運用ANSYS軟件采取荷載結(jié)構(gòu)法,分別對預(yù)設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計的二襯進行分析,得出各個單元的受力情況,并對混凝土受拉部位進行安全性驗算,從計算結(jié)果中看出優(yōu)化設(shè)計不僅在安全系數(shù)上滿足規(guī)范的要求,而且相對于預(yù)設(shè)計減少了隧道建造成本。(3)運用MIDAS/GTS軟件采取有限元強度折減法,通過降低C、φ值分別對預(yù)設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計的施做后的初支和二襯進行反復(fù)的計算,得到圍巖安全系數(shù),并將計算結(jié)果與圍巖穩(wěn)定評價標(biāo)準(zhǔn)進行對比中發(fā)現(xiàn):優(yōu)化設(shè)計相對于預(yù)設(shè)計不僅滿足評價標(biāo)準(zhǔn)的要求,且結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相近,因此得出優(yōu)化設(shè)計更適合依托工程。(4)運用現(xiàn)場監(jiān)控量測的方法得出的數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的結(jié)果進行對比,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場所得的數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬得出的圍巖應(yīng)力,排除誤差結(jié)果基本吻合,驗證了該優(yōu)化方案適合依托工程的現(xiàn)場施工要求。同時考慮到后期運營安全,在優(yōu)化設(shè)計地段部位在施工過程中布設(shè)了運營監(jiān)測點,并按照襯砌的極限承載力提出應(yīng)力預(yù)警值。本文的優(yōu)化設(shè)計不僅彌補了原先設(shè)計中存在的風(fēng)險,并且對預(yù)設(shè)計中偏安全的部分進行優(yōu)化,降低了隧道的建造成本。本文所采用的方法為先通過實際圍巖情況提出支護參數(shù),并通過數(shù)值模擬以及現(xiàn)場監(jiān)控量測反饋進行驗算。該種方法對往后處于不良地質(zhì)段的隧道的設(shè)計具有參考的意義。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U455
【部分圖文】：

圖 2.1 各季節(jié)降水量所占比重地段主要穿越的河流為鹽井河，鹽井河主要為季節(jié)性河流最終匯入鹽井口水庫，河流全長約 15km，最大流量可，由于該段的獨特地形，因此隧道在該段開挖前應(yīng)做好抗于兩溝相交處的后面，其主溝的發(fā)育方向為由東向西進行到 2.5L/s；另一條沖溝的發(fā)育方向為由東向北西進行，降 0.5L/s。因此隧道在進行動工前必須先對兩條沖溝進行改質(zhì)條件造過明月峽背斜，其構(gòu)造行跡為呈北～北東向，隧道選址處

3.3 石膏巖段支護襯砌參數(shù)優(yōu)化方案3.3.1 概述該隧道實際建設(shè)時，隧道出口在左洞施工至 ZK14+995.7，右洞施工至 K14+994 處時，掌子面提前揭露出石膏地層，掌子面石膏情況和現(xiàn)場巖塊照片如圖 3.1。而根據(jù)隧道勘察設(shè)計設(shè)計成果及文件，隧道左洞 ZK14+922~ZK14+996.7，右洞 K14+935~K14+995 主要所穿過的巖層為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三段灰?guī)r，原設(shè)計襯砌類型為 S4b。根據(jù)詳勘報告，石膏層屬于弱透水層，在隧道內(nèi)不會受到干濕與凍融的交替影響，因此將該隧道內(nèi)環(huán)境確定對Ⅱ類，石膏中的硫酸根離子不僅對混凝土具有強腐蝕性（將其的腐蝕得你判定為 D 級），而且其對采用鋼筋混凝土的支護結(jié)構(gòu)中的鋼筋也具有輕微腐蝕效果，同理對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性與鋼筋基本一致。熟石膏在水化重結(jié)晶的過程中會導(dǎo)致其體積增加，具有強膨脹性，該現(xiàn)象不僅會對施工的過程中產(chǎn)生影響而且還會對運營期間支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。

采取 Φ42 雙排小導(dǎo)管進行超前支護；⑤初期支護加強初期支護，使用 20b 密排工字鋼進行封閉支護，長 4m 的Φ25 錨桿采取中空注漿并對其進行全周布置。施工期間可以由現(xiàn)場監(jiān)控量測反應(yīng)的實際情況，如果初支的變形量增大并且導(dǎo)致初支開裂，針對該種情況的建議為布置縱向變形縫長度為 10cm~15cm，間隔為 2m~3m。⑥襯砌結(jié)構(gòu)1)加深仰拱，讓隧道的內(nèi)輪廓線更趨近與圓，從而加強襯砌承載能力2)二襯加強，采取 70cm 厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。采取先柔后剛、先讓后頂、分層支護的方法，使用現(xiàn)場監(jiān)控量測反饋的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場試驗來判斷施加二襯的最佳時機，基本在初支的變形趨近與穩(wěn)定，并且在變化速率在每天 0.2 毫米左右為施加二襯的最佳時機。⑦底部加強起拱線以下布置 5.0m 長 Φ42 徑向小導(dǎo)管注漿加固圍巖，同時在仰拱底部設(shè)置 30cn 厚碎石墊層。
【參考文獻】

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本文編號：2874109