高速鐵路隧道仰拱襯砌結構力學特性及快速施工技術研究.pdf

1、高速鐵路隧道開挖斷面大，施工工序繁瑣，隧道結構受力復雜，尤以隧道仰拱部最為復雜。特別是對于穿越軟弱圍巖地質條件的大斷面隧道，仰拱修筑質量對隧道襯砌體系長期使用的安全性和耐久性意義重大。傳統仰拱施工方法由于其先天的缺陷很難將鐵路建設質量安全的標準、工序、規(guī)定全部落實到現場，仰拱一次全幅施工、仰拱二襯與填充混凝土分次灌注已成為高鐵隧道仰拱施工的強制標準，這樣勢必導致仰拱施工與掘進面相互干擾，仰拱襯砌全幅澆筑進度緩慢、成形質量差等問題在國內隧

2、道鉆爆法施工中的矛盾越發(fā)尖銳。仰拱施工在理念上應當發(fā)生必要的改進，綜合化、機械化的仰拱快速施工技術和配套設備應當成為仰拱施工發(fā)展的關鍵和核心。
　　目前，仰拱全幅施工時洞內交通的解決方案主要依靠棧橋，其操作便利性和適用性有待進一步提高;仰拱襯砌澆筑依然采用傳統的小模板或仰拱組合鋼模板施工，不僅耗費大量鋼材，并且安裝、拆除、校正困難，澆筑質量也難以保證，仰拱施工已成為隧道建設中的控制性工序。為解決上述難題，本文對隧道仰拱襯砌結構力學

3、特性和快速施工技術進行了研究，得出了如下研究結論:
　　(1)仰拱的設置能夠有效控制隧道周邊圍巖體變形的量值及影響范圍，改善支護結構的受力形式，協調支護結構的軸力和彎矩分布，尤其可有效抑制拱腳的塑性區(qū)向圍巖深部擴展，為了能更好地發(fā)揮仰拱的作用，仰拱應盡早和上部襯砌閉合成環(huán)。
　　(2)仰拱超挖后若處理不當將導致仰拱對上部結構的支撐作用大大減弱，引起隧道結構體系不均勻沉降，拱墻部位壓應力集中效應加劇，圍巖塑性區(qū)范圍擴展。

4、>　　(3)仰拱欠挖導致隧道支護結構最大彎矩所在截面下移，隨截面位置的下移，軸力卻在減小，致使最大彎矩所在截面的偏心矩增大，對支護體系的承載不利。
　　(4)仰拱混凝土和填充一次澆筑成型后，仰拱填充的部分結構承受拉應力，中心水溝處的拉壓力高達2.5Mpa，這種應力狀態(tài)容易造成路面施工縫、中心排水溝等部位的拉裂破壞，同時仰拱與邊墻連接處應力集中效應更為顯著，范圍也有所擴大。
　　(5)仰拱一次開挖長度如果超過了隧道襯砌空間效應

5、所能承受的距離，將會導致縱橫向空間橋冠作用減弱至消失，圍巖應力迅速重分布，初期支護變形急劇增加，塑性區(qū)范圍顯著擴展。最終導致仰拱開挖段與仰拱已施作段交界面處的邊墻先發(fā)生拉裂，接著帶動兩側支護一起破壞而發(fā)生嚴重塌方。
　　(6)仰拱快速施工模架采用分離式雙車道拱形棧橋，兼顧安全性與經濟性的同時解決了仰拱作業(yè)與掌子面掘進間的相互干擾;利用端頭梁設計將仰拱開挖與仰拱填充分為兩個作業(yè)區(qū)平行施工，減少了循環(huán)作業(yè)時間，全面提高了施工效率。