新华隧道全断面开挖及施工步距优化研究

发布时间：2020-03-24 11:46

【摘要】：21世纪是地下空间资源得以大力开发的世纪,也是隧道与地下工程大发展的世纪。目前在隧道施工中采用的工艺及理论和高速发展的经济之间存在着很大的不平衡。国家正在推进隧道施工的机械化程度,这是时代发展的大势所趋。在隧道施工中,当开挖断面较大时,往往采取较保守的分部开挖方式,导致施工作业空间狭小,大型机械难以进场,从而使得施工效率低下,大大拖慢了建设进度,这也是制约隧道施工新理论新技术发展的一个瓶颈。其次,根据经验选择施工安全步距,作为控制初支、二衬闭合成环的控制距离,来保证隧道结构的安全和稳定。但其划分依据保守、粗糙,和大型机械作业的场地要求相冲突是一个无法避免的问题。本文正是以解决上述两个制约着隧道施工技术发展的问题为背景,选取郑万高铁新华隧道为工程案例,运用现场监控量测、理论分析和数值模拟相结合的手段,针对大断面隧道采用全断面开挖工法的可行性问题以及隧道施工安全步距优化问题进行研究,取得若干重要研究成果。总结如下:(1)现场监控量测。本研究选取新华隧道出口里程D1K556+861-D1K556+961,计100m长为试验段,布置四个监测断面。利用土压力盒、埋入式应变计、表面式应变计、锚杆轴力计及多点位移计等仪器,监测了围岩压力、混凝土应力、钢拱架应力、锚杆轴力及地层位移等数据,多角度反应围岩及支护结构的变形受力情况。并根据监测数据采用荷载-结构受力模式对衬砌结构进行了安全校核。根据监测和计算结果表明,隧道试验段内围岩变形最大值5.6mm,锚杆轴应力最大值29.87MPa,钢拱架应力最大值61.2MPa,初喷混凝土局部点位应力超过材料极限抗拉强度,二衬结构安全系数最小值1.90,平均值较大。表明隧道采用全断面开挖工法进行施工的整体安全性是有保证的,但喷射混凝土存在着局部破坏问题。(2)分台阶及全断面开挖工法分析研究。在已有工程地质资料、开挖断面规格及支护方案的基础上,利用FLAC3D进行数值模拟,开展上下台阶式开挖、全断面开挖不同开挖方式下的围岩变形、围岩应力与塑性区分布特性研究,揭示不同开挖方式的围岩变形机制与应力重分布规律,论证新华隧道采用全断面开挖工法的合理性及可行性。计算结果表明,隧道采取全断面开挖时塑性区半径大致在3.12m-5.04m,较台阶法开挖略大;应力分布情况二者在隧道最终开挖成型时差异不大;全断面开挖工法拱顶最大沉降量为7.3mm,稍大于台阶法的5mm。(3)安全步距优化研究。分别采用力学模型、数值模拟两种手段计算不同施工步距工况下,支护体系及围岩的受力状态和安全程度,确定掌子面与后续仰拱施作、二次衬砌施作的理想安全间距。根据研究结果,仰拱安全步距为60m,二衬安全步距为80.64m。
【图文】：

铁路网规划

隧道与地下工程的建设难度和建设技术标准也在不断提高。基施建设中涉及到隧道的工程项目与日俱增，如城市地铁的建设、跨江海底建设、长距离输水项目的建设、铁路公路的隧道建设等Ｗ。逡逑随着铁路隧道建设的高速发展，，我国的铁路网也逐步的系统完善起来２０１７年底统计显示，铁路投入使用里程达到１２．７万ｋｍ，其中高铁２．５万ｋ“四纵四横”高铁网提前建成运营，铁路建设取得了显著成绩，为社会经济发供了有力支撑。国务院２０１６年批复的《中长期铁路网规划》，提出了新的纵八横”为主通道的高速铁路网，以构成省会城市及区际间更加高效便捷的到２０２０年，铁路网营运里程将达到１５万ｋｍ，其中高速铁路达３万ｋｍ以如图１．１所示。逡逑？由于中国高速铁路的快速规划和建设，隧道工程这一学科得以大力发一步的又促进了中国的高速铁路修建技术。中国已投入使用中的高铁隧道数长度见下表１－１［２—３］。逡逑

衬砌设计,新华,隧道

道位于湖北省宜昌市兴山县境内，是郑万高铁线上的一个双口正洞里程Ｄ１Ｋ５５６＋８６１？＋９６１段定为大断面开挖试验方案试，隧道开挖断面面积１６２ｍ２。该试验段的设计方案为：Ｄ１Ｋ５５６＋采用Ｖａ型衬砌，加强支护懫用全环Ｉ２０ｂ型钢钢架，间距０５？Ｄ１Ｋ５５６＋９６１段４６ｍ采用Ｖｃ型衬砌，加强支护采用全环Ｉ距０．６ｍ。初期支护采用２９ｍｍ厚的Ｃ２５喷射混凝土；拱部系合中空锚杆，边墙采用４）２０普通砂浆锚杆，长均为４ｍ；拱墙２０ｃｍ的４邋６钢筋网；二次衬砌拱墙部分采用７０ｃｍ厚的Ｃ３５部分采用８０ｃｍ厚的Ｃ３５钢筋混凝土。隧道设计支护结构如图进机械化配套的隧道大断面施工工艺和工法总结，在该试验段工法试验，同时根据施工过程中的监测结果调整优化施工步距逦逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455

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