鄭西客運(yùn)專線黃土特大斷面隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

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1、鄭西客運(yùn)專線黃土特大斷面隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究1＞目的和意義鄭西客運(yùn)專線隧道斷面大，開(kāi)挖面積達(dá)170^2以上，隧道埋深淺，新老黃土地層常具有不同方向的構(gòu)造節(jié)理，有的原生節(jié)理呈“X”形，成對(duì)出現(xiàn)，并具有一定的延續(xù)性,穩(wěn)定性差，濕陷性顯著。在隧道開(kāi)挖時(shí)，土體極容易順著節(jié)理方向張開(kāi)或剪斷，出現(xiàn)坍塌現(xiàn)彖，特別是隧道開(kāi)挖斷而而積大幅度增加，必然出現(xiàn)許多理論及隧道施工安全的新課題，如黃土特大斷面隧道圍巖壓力、特大斷面的分部開(kāi)挖問(wèn)題、隧底地基承載力不足及施工廢水的合理處理問(wèn)題等。而且國(guó)內(nèi)外黃土地層特大斷面隧道工程實(shí)踐較少，可以借鑒的

2、工程經(jīng)驗(yàn)很少，因此結(jié)合鄭西客運(yùn)專線隧道工程，評(píng)價(jià)黃土大斷面隧道結(jié)構(gòu)物的安全性，在工程實(shí)踐中開(kāi)展快速、安全施工技術(shù)研究，具有重大的理論意義和重大工程實(shí)用價(jià)值。2＞主要研究?jī)?nèi)容2.1黃土特大斷面隧道測(cè)試試驗(yàn)與分析研究(1)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)①圍巖內(nèi)部位移與錨桿軸力狽*J試；②支護(hù)變形、應(yīng)力、壓力測(cè)試；③襯砌變形、應(yīng)力、壓力測(cè)試。(2)黃土物理力學(xué)性能室內(nèi)試驗(yàn)包拾：強(qiáng)度、含水量、彈性模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、濕陷性等。2.2黃土特大斷面隧道施工變形機(jī)制與位移管理基準(zhǔn)研究(1)濕陷性黃土工程特性及變形力學(xué)機(jī)制；(2)黃土特大斷面隧道

3、極限位移、預(yù)留變形量、二襯施作時(shí)機(jī)等位移管理基準(zhǔn)。2.3黃土特大斷面隧道合理支護(hù)形式研究(1)隧底濕陷性黃土處理技術(shù);(1)合理錨桿形成與參數(shù)；(2)合理支護(hù)、結(jié)構(gòu)形式與參數(shù)。2.4黃土特大斷面隧道結(jié)構(gòu)安全性研究(1)黃土地層特大斷面隧道帀巖壓力或隧道結(jié)構(gòu)荷載的確定;(2)特人斷面多分部施丄對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響；(3)黃土特人斷面隧道結(jié)構(gòu)安全性綜合評(píng)價(jià)。3主要研究方法3.1黃土特大斷面隧道測(cè)試試驗(yàn)與分析研究(1)選擇有代表性區(qū)段作為試驗(yàn)段工程，開(kāi)展隧道變形、圍巖內(nèi)部位移、錨桿軸力、圍巖壓力、支護(hù)應(yīng)力、二襯接觸壓力和二襯

4、應(yīng)力的試驗(yàn)測(cè)試，上述各項(xiàng)測(cè)試的測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。對(duì)非試驗(yàn)段各隧道施工位移監(jiān)測(cè)進(jìn)行統(tǒng)一管理，綜合分析黃土隧道位移特征。(2)選擇有代表區(qū)段取樣，開(kāi)展黃土結(jié)構(gòu)特征微觀分析，并進(jìn)行強(qiáng)度、彈性模量等物理力學(xué)性能室內(nèi)試驗(yàn)。3.2黃土特大斷面隧道變形機(jī)制與位移管理基準(zhǔn)研究(1)黃上微觀結(jié)構(gòu)決定了黃上的基本性能，受隧道開(kāi)挖、支護(hù)施工過(guò)程的影響，隧道周邊的黃土(圍巖)應(yīng)力重分布應(yīng)力路徑、應(yīng)力形式的改變，特別在地下水的影響，與一般巖體相比較，將形成不同的洞室變形與圍巖應(yīng)力釋放特征。這種洞室力學(xué)效應(yīng)下的黃土工程特性研究，以掌握黃土隧道

5、的變形力學(xué)機(jī)制。(2)隧道設(shè)計(jì)、施工規(guī)范中均列有鐵路單、雙線隧道施工極限位移和隧道穩(wěn)眾性判別標(biāo)準(zhǔn)。眾所周知，隧道位移與圍巖性質(zhì)、洞室大小、支護(hù)參數(shù)及施工方法緊密相關(guān)，對(duì)黃土、客專雙線特大斷面隧道應(yīng)建立門(mén)身的隧道極限位移。利用實(shí)際的黃土I制巖物理力學(xué)參數(shù)，隧道埋深、斷而支護(hù)參數(shù)及施丁方法實(shí)際，進(jìn)行隧道極限位移的計(jì)算模擬。根據(jù)計(jì)算模擬值、實(shí)測(cè)值及安全度，以及黃十?隧道實(shí)際的變形、壓力特征，綜合確定黃土隧道極限位移、預(yù)留變形量、二襯施作時(shí)機(jī)位移管理基準(zhǔn)。3.3黃土特大斷面隧道合理支護(hù)形式(1)現(xiàn)行規(guī)范中隧道結(jié)構(gòu)荷載是建立在

6、工程實(shí)踐統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上，主要來(lái)源于傳統(tǒng)鐵路單、雙線隧道，根據(jù)開(kāi)挖跨度外延后得到的特人斷面隧道圍巖壓力與實(shí)際情況將會(huì)有相當(dāng)大的出入。黃土地層，特別是新黃土地層，因其獨(dú)特的力學(xué)特性，將會(huì)使作用在特大斷面隧道結(jié)構(gòu)上的荷載量值及分布規(guī)律與常規(guī)斷面隧道有很大差別。對(duì)典型黃上地層、典型隧道斷面，采用埋設(shè)壓力傳感器對(duì)作用在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，也統(tǒng)計(jì)分析的方法得到黃土地層特大斷面隧道圍巖壓力的量值大小及分布規(guī)律，提出黃土特大斷面隧道的結(jié)構(gòu)形式。(2)由于黃土地層特有的穩(wěn)定性差的力學(xué)特性，特別是在特人斷面隧道施工中為保證圍巖穩(wěn)

7、定性，必須采用多分部施工方法，采用相應(yīng)的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。在多分-部的施工過(guò)程屮，臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程異常復(fù)雜，必須保證臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)拆除過(guò)程屮隧道的穩(wěn)立性，為此采用現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)結(jié)合束Z模擬的方法來(lái)研究特大斷而隧道施丁的多分部開(kāi)挖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的安全性影響。(3)高速鐵路隧道高標(biāo)準(zhǔn)的要求，支護(hù)作為結(jié)構(gòu)的一部分，傳統(tǒng)的強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋保護(hù)層厚度不能滿足結(jié)構(gòu)耐久性要求；大斷面分部施工支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力轉(zhuǎn)換過(guò)程復(fù)雜。因此,利用綜合試驗(yàn)和計(jì)算分析結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)耐久性要求，提出黃土特大斷面隧道支護(hù)的合理設(shè)計(jì)參數(shù)。3.4黃土特大斷面隧道結(jié)構(gòu)

8、安全性研究(1)黃土地層，特別是濕陷性黃土地層，應(yīng)特別注意丿施工廢水的處理。與一般濕陷性黃土地基處理措施不同，洞內(nèi)隧底濕陷性黃土處理不僅要提髙地基承載力，更重要的是保護(hù)黃十?圍巖，阻止地下水及洞內(nèi)水滲入土層。因此，考慮到黃土特有的物理特性，優(yōu)化選擇合適的地基加固措施，保證隧道穩(wěn)泄性。(2)黃土地層自身的錨固力低，錨管注漿存在軟化黃土問(wèn)題，在黃土