理论教育 大跨隧道与小净距隧道围岩压力探讨

大跨隧道与小净距隧道围岩压力探讨

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:随着高速公路建设的发展,公路隧道得到了广泛的运用,其形式也多种多样,大跨隧道及小净距隧道是其中特殊的结构形式。因此,大跨隧道会有较大的松弛压力。

大跨隧道与小净距隧道围岩压力探讨

随着高速公路建设的发展,公路隧道得到了广泛的运用,其形式也多种多样,大跨隧道及小净距隧道是其中特殊的结构形式。在地形复杂的山区高速公路设计中,这些结构形式的隧道对于改善公路线形、节省工程投资有着重要意义,特别是在山区高速公路中修建的中短隧道上运用,有着较大的优势。

1.大跨隧道

大跨隧道具有扁平的拱形结构,与两车道公路隧道断面相比,具有以下特征。

(1)开挖后的应力重分布变得不利。众所周知,对圆形断面隧道来说,在弹性介质、静水压力场中,开挖后隧道周边的最大主应力是初始应力的2倍,如果围岩的单轴抗压强度比重分布的应力小,隧道周边围岩将出现塑性区,因此,需要强大的支护结构来控制变形。

(2)隧道底脚处的应力集中,要求有较大的地基承载力。开挖后侧壁处的应力比较大,隧道开挖宽度越大,轴力也越大,特别是侧压系数较小时,净空宽度有扩大的可能。因此,底脚的承载力是很重要的。

(3)隧道拱顶不稳定。在隧道力学解析中常常假定岩体是连续介质,这种假定对推断塑性区是合适的,但对直接推断岩块的崩塌无能为力。因此,结合我国目前已建和在建大跨隧道的实际情况,大跨隧道的计算多采用普氏理论与块体极限平衡理论

(4)隧道开挖的跨度与高度越大,则要求产生拱作用的埋深越大。在浅埋情况下,拱不能发挥作用时,就会产生很大的松弛压力。因此,大跨隧道会有较大的松弛压力。

目前,我国与日本已把大断面公路隧道的修建技术列为重大研究课题予以实施,研究的主要内容如下。(www.daowen.com)

(1)扁平、大断面隧道的力学问题研究。车道数增加,宽度加大,而高度变化不大,使断面变得扁平,因此大断面隧道就不得不做成呈扁平状的拱形结构。这样一来,开挖后的应力重分布变差,底脚处的应力集中变大,因而要求有较大的地基承载力;拱顶范围不稳定,会形成较大的松弛压力。

(2)隧道断面结构的研究。如隧道断面的研究、初期支护结构的研究、衬砌结构的研究等。

(3)施工方法的研究。其中包括基本的施工方法、隧道掘进机法、导坑超前法、不稳定围岩的施工方法及各种辅助工法的研究等。

(4)施工技术的研究。如减少超欠挖技术的研究、长锚杆技术的研究、大容量喷射机的研制、连续出渣运输系统的研究、湿喷钢纤维混凝土技术的研究、不良地质地段的辅助工法研究等。

2.小净距隧道

双洞小净距隧道是近距离双线隧道在同一参考面的布置方式之一,其结构介于双孔分离式隧道和连拱隧道之间,净间距一般小于隧道开挖洞跨。

目前,国内双洞小净距公路隧道的净间距取值一般为3~8 m,主要采用单(双)侧壁导坑法、超前导洞法等施工方法进行施工。小净距隧道在地层空间中有多种布置形式,如平行双洞、重叠双洞、两洞正交或斜交、交叠过渡等。其建造方法有明挖暗筑法、明洞法、盾构法、新奥法、矿山法、隧道掘进机法、顶管法等,分别适应不同的岩土介质和施工要求。根据目前拥有的工程设计和施工经验,与双孔平行隧道和连拱隧道相比较,小净距隧道具有路线两端接线难度小、施工质量易控制、占地较少、工期较短、造价较低的特点,适合用于公路平面线形受限、场地难以按正常双洞布置、工期要求紧而又严格控制造价的中短公路隧道。

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