高速鐵路淺埋大斷面黃土隧道空間變形特性及支護機理研究.pdf

1、隨著我國鐵路隧道的發(fā)展，隧道設(shè)計和施工理論也得到了快速的發(fā)展。新建寶雞至蘭州高速鐵路是國家鐵路快速客運網(wǎng)的重要組成部分，線路正線長度402.6公里，其中甘肅省境內(nèi)357.1公里，橋隧比例為92％。而天水至蘭州段正位于我國自重濕陷性黃土分布最強的地區(qū)，曲線半徑較大，以Q2、Q3砂質(zhì)黃土地區(qū)為主，自承能力較差，且淺埋區(qū)段較多，施工對地面的村莊影響較大，沉降難以控制，這都給施工帶來了極大的難度。本論文依托新建寶雞至蘭州高速鐵路的蘇家川隧道和西

2、坡隧道，通過大量國內(nèi)外文獻調(diào)研、現(xiàn)場試驗、離心試驗、數(shù)值模擬及力學(xué)推導(dǎo)等多種研究方法，對高速鐵路淺埋大斷面黃土隧道空間變形特性及支護作用機理進行系統(tǒng)深入的研究，得到以下主要研究成果:
　　(1)在蘇家川隧道淺埋段設(shè)置試驗段，開展淺埋大斷面黃土隧道地層空間變形規(guī)律研究。通過量測地表沉降、地層分層沉降、拱頂沉降、掌子面水平位移、洞內(nèi)拱頂沉降和水平收斂，得出地層三維變形規(guī)律:地層豎向呈現(xiàn)整體下沉趨勢，隨埋深變化增加，有小幅增大;地表沉降

3、區(qū)域較小，且衰減較慢，采用Peck經(jīng)驗公式擬合結(jié)果與實測規(guī)律一致，可有效預(yù)測地表沉降;水平位移相對較小，地層以豎向變形為主;洞內(nèi)量測變形也以豎向為主，且前期沉降無法測得。
　　(2)對大斷面黃土隧道時空效應(yīng)進行研究，采用FLAC3D數(shù)值軟件對不同仰拱封閉距離和時間進行計算，并在蘇家川隧道、西坡隧道現(xiàn)場選取仰拱封閉時間或距離相同的典型斷面，分析不同仰拱封閉時間和距離對洞內(nèi)變形的影響，數(shù)值計算結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果一致，給出仰拱封閉時間和

4、距離的合理取值。對比分析黃土隧道開挖的時間效應(yīng)和空間效應(yīng)，得出空間效應(yīng)較為顯著，并結(jié)合現(xiàn)場條件給出合理支護措施。
　　(3)分析大斷面黃土隧道圍巖中錨桿的受力機理，結(jié)合FLAC3D數(shù)值計算結(jié)果，用Boltzmann函數(shù)擬合圍巖的徑向位移，得出大斷面黃土隧道拱部和邊墻錨桿的內(nèi)力計算公式。分別設(shè)置不同長度系統(tǒng)錨桿的離心試驗，對比分析不同錨桿長度的作用效果，得出增加系統(tǒng)錨桿長度，初支和地層變形會有所減小，但幅度很小，由于系統(tǒng)錨桿施作會大

5、幅增加初支封閉時間，根據(jù)施工時間效應(yīng)研究結(jié)果，綜合分析增加系統(tǒng)錨桿長度對隧道變形的控制效果不明顯，建議取消系統(tǒng)錨桿。
　　(4)為研究大斷面黃土隧道鋼架和噴砼作用機理，在西坡隧道進行現(xiàn)場試驗，量測圍巖壓力、噴混凝土早期強度、初支鋼架應(yīng)力、噴射混凝土應(yīng)力、初支與襯砌接觸壓力，并分析試驗結(jié)果。根據(jù)隧道開挖變形彈塑解及現(xiàn)場圍巖參數(shù)，得出圍巖特征曲線，結(jié)合不同厚度噴砼支護特征曲線和鋼架支護特征曲線，得出三種厚度噴射混凝土和鋼架組合支護曲線