文档介绍：小净距隧道的结构受力特点及工程措施
摘要:小净距隧道是介于普通分离式双洞隧道和连拱隧道的一种结构形式,工程应用中它有以下优点:(1)其造价和施工工艺同普通分离式双洞隧道相比差别很小;(2)同连拱隧道相比它的造价要低得多,同时施工工艺也简单;(3)有利于公路整体线型规划和线型优化。基于上述因素,该结构形式在中、短隧道设计中被广泛采用。但由于小净距隧道的中夹岩的厚度远比普通双洞隧道要小(一般只有5m~8m),所以小净距隧道的围岩稳定与支护结构受力要比普通分离式隧道要复杂,同连拱隧道相比它有其自身的特点。为了保证该结构形式成功地应用于公路建设中,需要采取一定工程措施以保证围岩稳定与支护结构的安全。
关键词:小净距隧道结构分析中夹岩加固
1 前言
随着我国高等级公路建设的发展,隧道的修筑技术越来越受到建设单位、设计单位的重视,目前在山区高等级公路建设中遇到大量的中、短隧道建设问题,它的长度一般在500m 以下,有时甚至只有100 多米。以往在设计中如果遇到短隧道时一般要同高边坡方案进行比选,可近些年来公路建设中强调环境保护,再加上修筑高边坡本身也存在投资不见得节约,在运营中维护工作量大等问题,所以目前设计中尽可能减少高边坡工程。如果选用普通分离式双洞隧道,按照《公路隧道设计规范》JTJ 029-90 条对并行公路隧道的净距作出的规定:高速公路、一级公路、一般应设计为上、下行分离的独立隧道。两相邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施工方法、爆破震动影响等因素确定, 表的规定选用。由于净距的存在,使道路与隧道接线时应有一个三角形过渡区。以三类围岩隧道为例,~ 倍毛洞洞径, 左右,净距应在31m~38m;另外《公路隧道设计规范》条规定:,这就意味在道路接近隧道时左、右同幅分开。如果把隧道两端平面线形与道路线形相一致的最小长度,两端平面线形与道路线形相一致的长度和上述过渡段的长度相加一般在200m 以上。对于大于1000m 的长、特长隧道来讲可能建设单位并不介意,如果隧道比较短(小于300m),规划设计中出现短隧道群,线路展不开,土地使用量高,建设单位不得不考虑这部分的土地使用费。另外线路中出现大量的短隧道群将给线路的规划带来诸多不便。如果修筑连拱隧道, 左右,但是这种结构形式存在下列问题:(1)对地质条件要求苛刻、Ⅲ类以下围岩很难修建;(2)施工难度高,建设周期长;(3)造价是普通分离式双洞隧道建设成本的两倍以上;(4)由于该结构形式和施工技术存在难以克服的困难,所以隧道建成后很难保证结构不开裂、不渗漏水。
两相邻隧道最小净距() 表1
隧道两端线形与线路线形一致的最小长度() 表2
经过多年隧道建设的实践,建设、设计单位提出通过一定的工程措施,适当加固两并行隧道间的围岩(中夹岩),把净距缩小到4~8m,同时隧道自身建设成本又不明显增加。这样做可以使道路接近隧道时左、右分幅宽度小,道路线形好,占地少;同时与连拱隧道相比它的建设成本大幅度降低。这在某种意义上讲是对现行公路隧道设计规范进行拓展,作为一种新型隧道结构应用在公路建设上来。
2 理论分析及数值仿真
公路隧道设计规范中要求的并行双洞隧道最小净距的原因是主要考虑将两相邻隧道应分别置于围岩压力相互影响及施工影响范围之外,或者说其间岩柱具有足够强度和稳定性,这一点已被结构分析结果所证实。我们针对上面提出的小净距隧道问题,应用结构分析手段来探索在净距只有4~8m 的情况下围岩与支护结构的受力特性。结构分析虽然不能完全评估围岩的安全系数,但是可以对各部位围岩的相对安全系数作出比较准确的估计。
结构分析所选用的软件是2D-σ,围岩的力学参数选取在没有具体工程实例的情况下采用规范所列各类围岩力学参数的中间值,这样做的目的是为了探索普通情况下小净距隧道的围岩与支护结构的力学特性。经分析得到下述结果:
(1)对于普通Ⅱ类围岩段,如果不加支护在双洞隧道上半断面开挖时,在中夹岩处出现一个蝶形塑性区(见图1 中黄线内区域),说明对于Ⅱ类围岩开挖中如不采用合理的开挖方法和预加固措施在隧道开挖过程中围岩就失稳。在围岩进行预加固的前提下,采用合理的开挖方法,经重新分析,可以看出Ⅱ类围岩段中夹岩处的塑性区大为减小(见图2 中黄线内区域),但是此时围岩已经过加固,支护结构未出现破坏,说明对于Ⅱ类围岩经过合理的加固是可以保证围岩稳定和初期支护安全的。结构分析中同时可以看到Ⅱ类深埋段中夹岩的受力要比Ⅱ类围岩浅埋段的受力更为严峻。
图1:Ⅱ类围岩上半断面开挖后围岩的安全图2:Ⅱ类围岩经