绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验

为了探索绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制技术及合理支护形式,以陕西省宝(鸡)汉(中)高速公路连城山隧道工程为依托,针对采用单层I22b、双层I22b和双层HK200b钢架的3种初期支护形式,通过对围岩变形和支护结构受力进行现场量测,对比分析了不同初期支护形式的变形控制效果,提出了大跨度公路隧道软岩大变形控制方法和支护体系。研究结果表明:“大预留+双层HK200b钢架分次强支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”联合支护体系能有效控制隧道大变形灾害,避免初期支护变形侵限及频繁拆换拱;该支护体系中第1层初期支护钢架的刚度不宜太弱,以避免因其刚度不足导致的局部失稳和局部拆换问题;试验断面第2层初期支护的接触压力约占第1层初期支护围岩压力的61%,二次衬砌接触压力约占第1层初期支护围岩压力的40%;调整仰拱曲率对于优化结构受力和防治仰拱底鼓作用显著;基于对连城山隧道试验断面围岩压力和径向位移的统计分析,建立了不同支护阶段和不同刚度下的围岩-支护特征曲线,揭示了围岩与支护的相互动态作用机制和“多层分次强支护”大变形控制方法的支护作用机制;结合连城山隧道大变形处置实践,总结提出了“三台阶留核心土法+大预留、多层、分次支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”的大变形控制技术、“不侵限、不换拱、不破坏压密区”的大变形防控理念及“大断面、少分步、快挖快支”的施工原则。研究成果可为类似软岩隧道大变形控制提供重要借鉴。     

中美隧道二次衬砌结构设计规范对比研究

隧道设计规范是开展设计工作的依据,将我国隧道相关设计规范与国际先进国家技术标准对标,有助于提高我国工程建设企业的国际化竞争力。通过文献调研和计算分析对比研究了中美隧道二次衬砌结构设计的异同,并且从设计准则、极限状态划分、设计使用年限、材料特性、荷载分类和组合以及结构设计方法等方面展开对比,结合工程实例研究分析,结果表明：《公路隧道设计规范》（JDG 3370.1—2018）的设计参数更加保守、安全,能更好的保证隧道衬砌结构的安全性和耐久性,更有利于隧道二次衬砌的长期安全服役。     

超大跨度隧道上台阶CD法中隔壁力学计算模型及施工力学行为研究

为研究超大跨度隧道分部开挖法施工中隔壁结构的施工力学行为,以山东滨莱高速公路改扩建工程双向八车道乐疃隧道为依托,基于初期支护钢架与中隔壁钢架之间的内力传递、变形协调及拱脚变位,将支护体系等效为支座可移动的三次超静定无铰拱-梁固接结构,建立了上台阶先导初期支护钢架-中隔壁钢架共同承载变位力学计算模型,采用理论分析、现场测试和力学模型计算相结合的方法,对超大跨度隧道上台阶CD法施工时中隔壁的力学行为进行分析。研究结果表明:拱顶沉降和周边收敛主要经历急剧增长、缓慢变形和趋于稳定3个阶段,且各变形值均小于设计预留变形量150 mm;受施工工序和结构约束条件变化的影响,钢架内外侧应力整体呈现出先急剧变化后逐渐趋于稳定的规律,各测点应力小于型钢屈服强度235 MPa;力学模型计算结果和现场实测数据的平均相对误差为12.6%,且规律基本一致;钢架轴力在上台阶施工过程中始终为受压,且最大值均在钢架拱脚处,受后导开挖影响,中隔壁钢架轴力增大,初期支护钢架轴力减小;先导开挖时钢架弯矩大部分部位为正,拱顶部位为负,受后导开挖影响,中隔壁钢架正弯矩值及正弯矩区域减小,同时初期支护钢架正弯矩区域减小,钢架拱脚附近弯矩出现负值;钢架结构整体处于偏心受压状态,受后导开挖影响,中隔壁钢架和初期支护钢架小偏心受压区域均发生移动,且两者钢架小偏心受压长度占比增大。     

砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系

以甘肃渭源—武都高速公路木寨岭隧道开挖揭露的砂质板岩为对象，开展了砂质板岩单轴抗压强度试验和点荷载强度试验；通过对试验数据进行正态分布检验、高度异常数据剔除和置信区间强度统计，获得了砂质板岩单轴抗压强度、点荷载强度以及两者之间的换算关系，并与岩石试验相关规范和国际岩石力学学会(ISRM)推荐换算公式进行了对比。研究结果表明:饱和砂质板岩单轴抗压强度服从正态分布，平均值为56.3 MPa，95%置信度下的置信区间为49.20~63.50 MPa；饱和砂质板岩点荷载强度与正态分布不完全一致，平均值为7.36 MPa，95%置信度下的置信区间为6.50~8.22 MPa；饱和砂质板岩点荷载强度与单轴抗压强度之间具有显著的线性正相关性；岩石强度受各试件内部节理裂隙的方向、填充物、宽度和长度等的影响，强度数据总体离散性较大；饱和、烘干状态下砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度的换算系数分别为7.72和8.72，均明显小于大多数研究中15~30的换算系数，原因在于砂质板岩内部赋存有层理或不同角度的节理裂隙等缺陷，单轴抗压强度受试件内部节理裂隙的影响较大，导致其强度平均值偏低，而点荷载强度受试件内部节理裂隙的影响较小；采用规范和ISRM推荐公式所得砂质板岩单轴抗压强度为实测值的2~4倍，用于隧道设计难免会产生较大偏差；相比规范和ISRM推荐公式，研究所得砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系的相对误差未超过15%，可作为规范中公式的有益补充。