浅埋隧道施工力学响应规律和伞型钢支撑技术研究

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由于隧道浅埋段具有复杂性,因此在施工过程中常常用到临时支撑加固的方法。隧道浅埋段的开挖及沉降控制是整个隧道工程的重、难点问题,在开过程中常有地表不均匀沉降及边仰坡垮塌等工程病害发生。在遇到浅埋段沉降问题时,施工现场常常采用竖向钢支撑临时加固的方法进行后续的开挖作业。但是,在增加竖向钢支撑后,改变了初期支护的受力体系,在围岩土压力的作用下,隧道拱腰处的变形收敛值会增大。本文针对竖向临时钢支撑在控制变形方面的不足,提出了改进伞型钢支撑临时加固方法。本文以甬临线岔路桐洲至麻岙岭段改道工程桑洲岭隧道浅埋段施工工程实例为基础,对该工程监控量测数据进行了整理收集,对产生病害的原因进行了分析调查,对隧道浅埋段施工进行了有限元分析。结合现场监控量测数据,对桑洲岭隧道浅埋段施工围岩及初期支护变形进行了对比分析。针对竖向临时钢支撑在控制变形方面的不足,提出了改进伞型钢支撑临时加固方法。本文所开展的主要研究工作及主要研究结论如下:1)收集了桑洲岭隧道的勘察、设计、施工及隧道监控量测资料。通过对桑洲岭隧道相关资料的研究,探明了隧道产生沉降问题的原因为,连续暴雨状况下,雨水渗入隧道浅埋段土体,减小了土体的粘聚力和内摩擦角,增加了土体自重,使初期支护所受荷载增大,导致隧道浅埋段产生了沉降。2)对桑洲岭隧道上台阶开挖开展了有限元计算研究。通过对上台阶开挖现场监控量测变形数据与有限元计算的变形数据进行对比,得出了勘察资料土体参数与暴雨工况下不符的结论。在相关学者研究的基础上,通过在上台阶开挖分析步有限元计算中,连续折减土体参数,确定了暴雨工况下的土体参数。3)对桑洲岭隧道原设计开挖下台阶开展了有限元计算研究。通过对原设计下台阶开挖的有限元计算结果研究分析。得出了在该方法下,隧道浅埋段地表沉降、拱顶下沉、周边收敛的变形量超过预警值的结论。4)对桑洲岭隧道竖向支撑开挖下台阶开展了有限元计算研究。通过对竖向支撑下台阶开挖的有限元计算结果研究分析。得出了在该方法下,隧道初期支护拱腰处的变形会增大的结论。但是,在控制围岩变形方面,该方法是可行的。5)针对竖向支撑的不足之处,提出了改进伞型钢支撑临时加固方法。对伞型支撑开挖下台阶开展了有限元计算研究。通过对伞型支撑开挖下台阶的有限元计算结果研究分析。得出了在该方法下,能够控制初期支护变形,防止其开裂的结论。在控制围岩变形方面,该方法比竖向支撑略优。上述研究成果能为桑洲岭隧道浅埋段及类似的相关工程问题,提供浅埋段围岩及初期支护变形控制及后续仰拱开挖的方法。
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