城市隧道穿越人防空洞关键技术研究

摘要

我国地域广阔，地质类型多样，在地质条件复杂，岩性多变，岩石风化程度高的多山城市中修建交通隧道，一般的土质地层隧道的开挖方法很难适用，需要将山岭隧道开挖方法引入城市交通隧道的修建中，但城市中的隧道施工致险因素繁杂多样，这就要求在引入山岭隧道修建方法的同时对各个风险源与新建隧道之间的相互作用关系进行深入分析，在这些风险源中，人防空洞作为一种普遍存在于城市地层中，建筑形式多变，支护结构脆弱的致险因素，应该引起足够的重视和研究。
　　本文依托大连胜利路南山隧道工程，该工程地表房屋密集，存在近距人防空洞网，且既有建（构）筑物抗震等级低，而影响控制标准要求严格，为此采用控制爆破，变形等施工关键技术，保证隧道施工安全，顺利贯通。论文在大量地表，防空洞，房屋变形监测及爆破测试数据的基础上，结合数值模拟，理论推导和工程类比分析，针对爆破隧道穿越人防空洞施工关键技术进行系统研究，取得如下研究成果:
　　(1)在总结分析近接施工关键技术体系理论的基础上，结合人防空洞自身的特点，以相互作用和控制目标为中心，提炼爆破隧道穿越人防空洞技术要点，形成了一套完整的穿越人防空洞施工关键技术体系;
　　(2)以跨度比和间跨比作为控制参数，归纳不同位置，不同跨度工况下新建隧道周边围岩和人防空洞支护结构的变形及力学状态，得到了当防空洞跨度较小时，两者相互影响随距离的增大呈现先增大后减小的结论，而防空洞跨度较大时，影响随距离增大而减弱。此外，以地表沉降，人防空洞拱脚差异沉降以及围岩应力状态为判据将隧道周边区域划分为强，弱，无三个影响区域;
　　(3)将既有人防空洞破坏模式总结为纵向压弯，纵向剪切，横向压弯，横向剪切以及纵向扭转等类型，采用弹性地基梁等力学模型及砌体结构设计理论对各种破坏模式进行理论推导和安全评估，并应用于大连南山隧道工程实例中，结果显示所采用的施工措施基本能够保证既有人防空洞的安全和稳定，局部区域需要采取一些加固措施;
　　(4)采用三维数值模拟方法分析三台阶七步法各施工步产生的变位规律，制定穿越人防空洞的分步沉降控制指标体系，得到了人防空洞垂直于隧道轴线和平行于隧道轴线两种工况下该工法的精细化控制曲线;
　　(5)对比分析普通雷管和数码雷管爆破震动波形及围岩应力状态，总结了爆破震动地震波传播规律，归纳出数码雷管控制地震波传播的优势，并提炼出数码雷管施工关键技术。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道施工影响下地层变形规律影响研究

1．2．2 近接施工相关理论及研究

1．2．3 隧道穿越地层空洞等不良地质体研究

1．2．4 爆破开挖关键技术研究

1．3 依托工程概况

1．3．1 工程简介

1．3．2 工程地质概况

1．3．3 工程特点及难点

1．4 研究内容与思路

1．5 研究手段与技术路线

2 新建隧道穿越既有人防空洞关键技术体系

2．1 爆破隧道穿越人防空洞控制体系

2．2 穿越人防空洞工程施工方法选择

2．2．1 施工方法的选择原则

2．2．2 施工方法的选择依据

2．2．3 大连南山隧道施工方法选择

2．3 穿越人防空洞工程监测方案制订

2．3．1 监控量测目的

2．3．2 城市隧道穿越人防空洞工程监测重点

2．3．3 大连南山隧道监测方案

2．3．4 监控数据分析处理及反馈

2．4 软弱破碎围岩穿越人防空洞隧道施工技术要点

2．5 本章小结

3 新建隧道与防空洞空间力学效应及其近接影响分区研究

3．1 新建隧道与既有人防空洞空间力学效应分析

3．1．1 数值模拟理论基础

3．1．2 计算模型及工况介绍

3．1．3 计算结果分析

3．2 新建隧道与既有人防空洞近接影响分区研究

3．2．1 现有分区准则

3．2．2 人防空洞结构拱脚差异沉降影响分析

3．2．3 基于围岩应力状态影响分区理论依据

3．2．4 穿越既有人防空洞近接影响分区结论

3．3 本章小结

4 隧道施工影响下人防空洞衬砌结构破坏模式分析及应用

4．1 砌体结构设计理论

4．1．1 砌体结构概述

4．1．2 砌体结构本构关系及破坏准则

4．2 弹性地基梁理论在人防空洞纵向挠曲分析中的应用

4．2．1 弹性地基梁理论

4．2．2 双参数弹性地基模型在人防空洞纵向挠曲分析中的适用性

4．3 隧道施工影响下人防空洞衬砌结构的破坏模式

4．3．1 人防空洞衬砌结构纵向压弯

4．3．2 人防空洞衬砌结构纵向剪切

4．3．3 人防空洞衬砌结构横向压弯

4．3．4 人防空洞衬砌结构横向剪切

4．3．5 人防空洞衬砌结构纵向扭转

4．4 人防空洞破坏模式分析在南山隧道穿越工程中的应用

4．4．1 南山隧道工程近距人防空洞纵向挠曲分析

4．4．2 南山隧道工程近距人防空洞纵向剪切分析

4．4．3 南山隧道工程近距人防空洞横向压弯分析

4．4．4 南山隧道工程近距人防空洞横向剪切分析

4．4．5 南山隧道工程近距人防空洞纵向扭转分析

4．5 本章小结

5 隧道开挖引起的人防空洞变位分配与控制

5．1 地层变位分配理论

5．1．1 变位分配原理

5．1．2 既有人防空洞变位分配控制过程

5．1．3 既有人防空洞变位控制曲线的设计

5．1．4 施工与监测反馈

5．2 轴向与隧道平行人防空洞变位分配

5．2．1 工况概述

5．2．2 模型简化

5．2．3 分步变位分配控制曲线设计

5．3 轴向与隧道垂直人防空洞变位分配

5．3．1 工况概述

5．3．2 模型简化

5．3．3 分步变位分配控制曲线设计

5．4 大连南山隧道穿越密集人防空洞群变形监测分析

5．4．1 近距人防空洞主通道变位监测结果分析

5．4．2 近距人防空洞指挥室变位监测结果分析

5．4．3 人防空洞群致险段处理

5．5 本章小结

6 隧道爆破引起的人防空洞爆破响应及其控制

6．1 数码电子雷管爆破控制技术

6．1．1 数码电子雷管减振机理

6．1．2 数码电子雷管的工作原理

6．1．3 数码电子雷管起爆系统

6．2 数码雷管减震效果分析

6．2．1 模型的简化和建立

6．2．2 结果分析

6．3 大连南山隧道穿越人防空洞试验段爆破监测分析

6．3．1 监测控制标准

6．3．2 爆破方案

6．3．3 爆破监测结果及分析

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 论文创新点

7．3 展望

参考文献

作者简历

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