分岔隧道设计施工关键技术研究14204.docx
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1、分岔隧道设计施工关键技术研究报告简本分岔隧道设计施工关键技术研究报告简本1. 项目目基本情情况沪蓉国道主主干线湖湖北省境境内宜昌至至恩施段段高速公公路为我我国最早早规划的的“两纵纵两横”国国道主干干线中的的最后还还未贯通通路段。于于20004年55月全面面开工建建设,工工程将于于20007年底底全面建建成。由由于该工工程穿过过的区域域多为崇崇山峻岭岭的山区区,地形形地质条条件极为为复杂,在在工程建设设中遇到到了前所所未有的的难题。为适应多变变的地形形和地质条条件,隧隧道设计计中采用用新的结结构型式式分岔岔隧道:即一端端洞口为为四车道道大拱,另另一端洞洞口为上上下行分分离隧道道。宜昌昌至恩施施段
2、设置置分岔隧隧道的主主要原因因是:一一方面为为了跨越越四渡河河、支井井河等高高深峡谷谷型河流流,桥梁梁单孔跨跨度均在在4000米以上上,左右右幅桥均均必须建建造为整整体型式式,另一一方面由由于桥梁梁紧接隧隧道,两两者之间间缺少足足够的过过渡路基基,因此此紧邻桥桥梁一端端的洞口口必须设设置为连连拱隧道道甚至四四车道大大拱,而而桥梁两两端的隧隧道又较较长,全全部隧道道设置为为连拱隧隧道又不不太经济济,在隧隧道内有有必要将将左右洞洞室逐渐渐分离,这这样就形形成了分分岔隧道道。分岔岔隧道是是在复杂杂地形地地质条件件下建设设高速公公路山岭岭隧道的的大胆创创新,不不仅大大大拓宽了了山区公公路隧道道工程的的
3、设计理理念,而而且使公公路浅埋埋大跨隧隧道的设设计与施施工的技技术得到到了较大大提升和和发展。通过数值模模拟、室室内物理理模型实实验和工工程现场场测试相相结合的的方法,对分岔岔式隧道道的施工工工法、岩岩柱厚度度、衬砌砌支护时时机、支支护结构构的可靠靠度以及及考虑隧隧道局部部循环风风影响的的流体动动力学以以及通风风工艺等等方面进进行深入入细致的的研究,提提出切实实可行的的工程技技术措施施和隧道道稳定性性评价体体系保证证工程的的长期稳稳定性。同时还编制了分岔隧隧道的设设计施工工技术指指南,重点依依托八字字岭、庙庙垭和漆漆树槽分分岔隧道道开展研研究,其其中八字字岭隧道道是研究究重点,自自20004年
4、44月开始始至20007年66月止,历历时3年年。2. 依托托工程实实施情况况八字岭隧道道位于宜宜昌市长长阳县恩恩施土家家族苗族族自治州州的巴东东县境内内,起讫讫桩号左左线(ZZK966+7550KK1000+2990),长长35440m,右右线YKK96+7300K1100+2900,长335600m。隧隧道平面面线型左左线为左左偏半径径R=225000m的圆圆曲线接接直线接接右偏半半径R=90000m的的圆曲线线接直线线,右线线为左偏偏半径RR=25500mm的圆曲曲线接直直线接右右偏半径径R=880000m的圆圆曲线接接直线。左左、右线线纵坡均均为2.4单单向上坡坡。隧道道最大埋埋深约为
5、为3900m。隧隧道进出出口均为为端墙式式洞门。图1 八八字岭分分岔隧道道示意图图3. 主要要研究内内容根据分岔隧隧道设计计与施工工的特点点,本课课题结合合八字岭岭隧道,共共分成三三个专题题进行研研究,重重点具体体研究内内容如下下:专题一:分分岔隧道道设计关关键技术术研究通过现场监监控量测测、模型型试验、非非线性有有限元数数值分析析等方法法,研究究四车道道大拱隧隧道、连连拱中隔隔墙、小小净距岩岩柱的最最小宽度度及围岩岩的支护护参数等等关键指指标。 专题二:分分岔隧道道施工关关键技术术研究通过模型试试验、非非线性有有限元数数值分析析等方法法,研究究四车道道大拱隧隧道、连连拱隧道道、小净净距隧道道
6、的合理理施工方方法,通通过对现现场的监监测结果果反馈分分析和数数值分析析,提出出八字岭岭隧道的的合理工工法和控控制围岩岩振动的的爆破参参数。专题三:近近距离双双洞隧道道洞口空空气相互互影响研研究通过室内模模型试验验、现场场试验和和三维数数值仿真真等方法法,研究究近距离离双洞隧隧道洞口口空气相相互影响响以及减减小近距距离隧道道通风相相互影响响的工程程技术措措施。4. 主要要研究成成果(1) 提出公路分分岔隧道道的新型型结构型型式,丰丰富和完完善了高高速公路路线形布布置方案案,为山山区高速速公路规规划提供供新的思思路,对对节约土土地资源源、节能能、工程程投资等等方面具具有显著著效益。(2) 通过经
7、验类类比和数数值计算算的方法法,提出出分岔隧隧道在不不同围岩岩条件下下的最优优施工工工序。对对四车道道大拱的的级围岩,建建议采用用留岩柱柱方案,级和级围岩建议采用上下台阶法或多步开挖方案,级围岩则建议采用全断面一次开挖的方式。对连拱隧道的级围岩,建议采用三导洞法,级围岩采用三导洞法,级围岩采用中导洞全断面法。级围岩,采用中导洞全断面法。对小间距隧道的级围岩,建议采用上下台阶与正向侧壁导坑组合法,级围岩采用上下台阶与正向侧壁导坑组合法。级围岩采用上下台阶法,级围岩采用全断面爆破法。并将上述工法直接应用到八字岭、庙垭和漆树槽分岔隧道的开挖实践中。图2 八字字岭分岔岔隧道三三维计算算模型 图3 大拱
8、拱连拱过过渡段连连拱段中中导洞开开挖后围围岩最大大主应力力分布(MMPa) 图4 大拱拱连拱过过渡段连连拱段中中导洞开开挖后围围岩最小小主应力力分布(MMPa)图 5 小小间距和和连拱过过渡段岩岩柱塑性性区分布布图根据经验类类比法提提出的不不同围岩岩级别下下的大拱拱、连拱拱和小间间距隧道道的施工工工法。(3) 通过对大拱拱、连拱拱、小间间距隧道道以及大大拱和连连拱过渡渡段与连连拱和小小间距过过渡段的的三维数数值计算算,大拱拱段隧洞洞开挖后后的围岩岩应力状状态较好好,顶拱拱处围岩岩仅出现现微小的的拉应力力区,隧隧洞底板板围岩在在开挖结结束时有有较大的的拉应力力,因此此建议开开挖仰拱拱后施作作仰拱
9、衬衬砌;隧隧洞围岩岩产生的的位移也也不大,顶顶拱处位位移最大大时不到到3mmm;施作作的中隔隔墙和二二次衬砌砌应力水水平并不不高,中中隔墙本本身未出出现塑性性区,建建议设计计采用无无中隔墙墙方案;该方案案在八字字岭工程程隧道大大拱中应应用。根根据小间间距段岩岩柱间塑塑性区贯贯通的情情况锚杆杆可采用用对穿预预应力锚锚杆,以以增强此此围岩区区域的应应力水平平,抵抗抗围岩过过大变形形,级围岩建建议最小小岩柱厚厚度为22.5mm,级围岩的的最小岩岩柱宽度度可以考考虑为44.0mm。(4) 根据八字岭岭分岔隧隧道的现现场顶拱拱下沉、收收敛、锚锚杆轴力力和多点点位移计计以及衬衬砌和围围岩的监监测结果果,采
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