云南山岭公路隧道修筑技术研究

摘要

我国西部广大地区地形、地质条件复杂，山岭区公路建设中遇到大量的隧道工程。为了提升山岭公路隧道修筑技术水平，并丰富和发展我国公路隧道的设计与施工方法，本文采用调查分析、数值模拟和模型试验等方法从隧道围岩压力特征与取值、隧道结构选型、设计技术、施工工法、动态反馈设计与信息化施工等方面开展了山岭公路隧道设计与施工技术的系统研究。论文研究的主要结论如下： (1)研究了单洞隧道、连拱隧道和小净距隧道围岩压力及深埋隧道围岩的形变压力。其中，对于单洞隧道，分别提出了深埋单洞隧道的围岩水平压力、地面接近水平时浅埋隧道的围岩压力、地形偏斜时浅埋隧道围岩压力的计算方法；对于连拱隧道，提出了深埋连拱隧道围岩压力、连拱隧道深浅埋分界值、浅埋连拱隧道围岩压力和偏压地形围岩压力计算方法；对于小净距隧道，提出了深埋小净距隧道的围岩压力、作用在深埋小净距隧道支护结构两侧的水平土压力荷载和隧道均布垂直压力及两侧水平围岩压力的计算方法；在深埋隧道围岩的形变压力方面，研究了单洞隧道形变压力计算、作用在隧道二次衬砌之上的形变压力和隧道支护结构之上的围岩的形变压力的计算问题。在对复杂地质条件下山岭公路隧道围岩分级研究的基础上，提出了其物理力学参数确定方法。 (2)通过山岭公路隧道结构选型分析认为，无论是分离式隧道、连拱隧道、小间距隧道都有其各自的优点，因此，不能一概而论那种形式最好，它们都有各自适用的条件，只有基于这些条件下，才可论证其优劣。当对该处进行各种隧道方案的对比时，考虑到工程造价制约，选用分离式隧道；以环境保护、占地宽度、接线难度为首选条件，则选用连拱隧道或小间距隧道。当对连拱隧道和小间距隧道举棋不定时：若考虑到占地面积极少、地形特别复杂、桥隧接线、景观设计、科技创新、地质预报、环境保护角度，连拱隧道优于小间距隧道。若考虑工程造价、施工难度，可以优选小间距隧道。同时，还讨论了特殊地质条件下公路隧道的结构选型问题。 (3)针对山岭公路隧道设计问题，分别研究了分离式隧道、连拱隧道和小净距隧道的设计技术。对于分离式隧道，研究了隧道的洞室结构、支护结构与类型、超前支护参数、初期支护措施、二次衬砌参数和预留变形量参数。在连拱隧道设计方面，研究了连拱隧道的结构型式、中墙的设计、防排水、衬砌支护参数、洞外接线型式，并进行了各种衬砌断面的比较。在小净距遂道设计方面，研究了隧道支护体系选取对策，并结合云南平年小净距隧道的实际工程情况，进行了有偏压和错台情况下的相似模型试验，采用二维和三维数值计算方法对小净距隧道在浅埋、偏压、有错台高度的情况下各个施工阶段的位移和应力进行了研究。 (4)对于连拱隧道的中墙型式设计，作者提出应综合分析连拱隧道所处位置的地形、地质条件，隧道洞口的接线条件，全面分析整体直中墙、中空直中墙、分层直中墙、整体曲中墙、中空曲中墙和三层曲中墙的适用条件，择优选择。同时，认为在条件允许的情况下，可较多地考虑三层曲中墙连拱隧道型式。 (5)研究了山岭公路隧道中分离式隧道、连拱隧道和小净距隧道的施工工法。针对分离式隧道，分别研究了洞口施工、洞身开挖、初期支护、二次衬砌的施工，并提出了不良地质段分离式隧道施工方法。针对连拱隧道，对比分析了连拱隧道典型施工方法，研究了其洞口与明洞施工、超前支护、中导洞的掘进与初期支护、中墙施工、主洞的掘进与初期支护、二次衬砌以及特殊与不良地质条件下的连拱隧道施工。对于小净距隧道施工，提出了小净距隧道施工措施选取的原则及对策、相邻隧道掌子面合理距离、支护体系的施作时机的确定方法、开挖、爆破控制等施工技术和中岩墙加固技术。 (6)在山岭公路隧道动态反馈设计与信息化施工方面，提出了信息化施工的执行程序、数据采集手段和数据处理与信息反馈手段、动态反馈设计与信息化施工的实施要点与流程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和研究意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的研究思路与内容

第二章山岭公路隧道围岩压力特征与取值研究

2.1地域环境及地质特点

2.1.1 地域环境

2.1.2地质特点

2.1.3影响公路建设的主要不良地质现象

2.2 山岭公路隧道围岩荷载特征

2.3 山岭公路隧道围岩分级及其物理力学参数

2.3.1 影响山岭公路隧道围岩分级的因素

2.3.2山岭公路隧道围岩分级中存在的问题

2.3.3 基于TSP探测成果的围岩分级

2.2.4基于超前水平钻孔的围岩分级

2.3.5基于监控量测资料的围岩分级

2.3.6公路隧道围岩物理力学参数

2.4本章小结

第三章 山岭公路隧道结构选型分析研究

3.1 引言

3.2不同结构型式适应性分析

3.2.1 连拱隧道与分离式隧道的比选

3.2.2连拱隧道与小净距隧道的比选

3.3特殊地质条件下山岭公路隧道的结构选型

3.4不同结构型式的隧道成本经济性对比分析

3.4.1各类型隧道设计工程量对比分析

3.4.2各类型隧道施工工程量对比分析

3.4.3各类型隧道合同造价对比

3.5本章小结

第四章 山岭公路隧道设计技术

4.1 概述

4.2分离式隧道设计技术

4.2.1隧道洞室结构

4.2.2支护结构类型

4.2.3超前支护参数

4.2.4初期支护

4.2.5 二次衬砌参数

4.2.6预留变形量参数

4.3连拱隧道设计技术

4.3.1 概述

4.3.2连拱隧道的结构型式

4.3.3连拱隧道中墙的设计

4.3.4连拱隧道防排水

4.3.5连拱隧道的衬砌支护参数

4.3.6连拱隧道洞外接线型式

4.3.7连拱隧道各种衬砌断面的比较

4.4小净距隧道设计技术

4.4.1概述

4.4.2小净距隧道支护体系选取对策

4.4.3 小净距隧道模型相似试验研究

4.4.4小净距隧道数值模拟研究

4.5本章小结

第五章山岭公路隧道施工工法

5.1 概述

5.2分离式隧道施工工法

5.2.1洞口施工

5.2.2洞身开挖施工

5.2.3初期支护施工

5.2.4 二次衬砌施工

5.2.5不良地质分离式隧道洞身施工

5.3连拱隧道施工工法

5.3.1连拱隧道典型施工方法

5.3.2洞口与明洞施工

5.3.3超前支护

5.3.4中导洞的掘进与初期支护

5.3.5中墙施工

5.3.6主洞的掘进与初期支护

5.3.7二次衬砌

5.3.8特殊与不良地质务件下的连拱遂道施工

5.3.9 小结

5.4小净距隧道施工工法

5.4.1 概述

5.4.2小净距隧道施工措施选取的原则及对策

5.4.3相邻隧道掌子面合理距离

5.4.4支护体系的施作时机

5.4.5小净距遂道开挖方法与爆破控制技术

5.4.6小净距遂道中岩墙加固技术

5.5本章小结

第六章 山岭公路隧道动态反馈设计与信息化施工

6.1概述

6.2信息化施工技术的研究

6.2.1信息化施工技术的定义、目的及意义

6.2.2信息化施工的执行程序

6.2.3信息化施工的数据采集手段

6.2.4信息化施工的数据处理与信息反馈手段

6.3动态反馈设计与信息化施工的项目管理与组织

6.3.1动态反馈设计与信息化施工的实施要点与流程

6.3.2动态反馈设计基础和依据

6.3.3动态反馈标准设计

6.3.4动态有限元反馈分析理论

6.4不同结构形式的隧道的动态反馈设计与信息化施工

6.4.1连拱隧道动态反馈设计与信息化施工

6.4.2小净距隧道动态反馈设计与信息化施工

6.5本章小结

第七章工程实例分析

7.1 元磨高速公路大风垭口公路隧道修筑技术

7.1.1工程区地形与地质环境

7.1.2隧道设计

7.1.3遂道信息化施工

7.2思(茅)小(勐养)高速公路连拱隧道修筑技术

7.2.1 思小高速公路连拱隧道设计

7.2.2思小高速公路麻地河4号连拱隧道施工技术

7.2.3思小高速公路南岛河连拱遂道动态反馈设计实例

第八章结论与建议

8.1主要研究结论

8.2主要创新点

8.3进一步工作建议

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和参与的科研项目

致谢