富水弱胶结地层大断面隧道施工方案优化与工程应用研究北大核心CSCD

在富水弱胶结地层中,隧道施工极易诱发围岩坍塌或支护结构大变形。以兰渝客运专线桃树坪隧道3#斜井工区正洞段为研究背景,提出了一种适用于富水砂岩地层的“底部双导洞超前”施工工法。同时采用真空轻型井点+集水井的联合降水方案进行隧道内超前降水,以降低施工难度;采用数值分析和现场监测的方法对方案的合理性和有效性进行分析与评价。结果表明,隧道在采用“底部双导洞超前”施工工法时,拱顶沉降和净空收敛值分别为50 mm、32 mm;其支护结构上的最大接触压力为135.3 kPa;支护结构的变形和受力均在允许范围之内,隧道结构安全、稳定。“底部双导洞超前”的施工工法已成功应用于桃树坪隧道,可为后续富水弱胶结地层或软弱岩层中的超大断面隧道施工提供参考和借鉴。     

隧道洞内管棚超前预支护力学行为的理论分析

为使管棚受力分析模型能更好地模拟管棚的实际受力状态，基于注浆加固区域的受力特性分析，提出了考虑注浆加固区整体性的管棚受力分析模型。考虑注浆加固区的整体性，对管棚超前支护体系进行受力特性分析，提出可表征注浆加固区整体性的特征参数。综合考虑管棚注浆加固区整体性的特征参数、开挖面前方松动岩土体的支撑作用以及初期支护变形滞后效应等因素的影响，将管棚划分为二次衬砌段、初期支护段、开挖无支护段、开挖面前方扰动段和未扰动段；基于Winkler弹性地基模型，建立可考虑管棚注浆加固区整体性影响的管棚受力分析模型，并推导了管棚挠度和内力的计算公式。通过工程实例的对比分析，考虑注浆加固区整体性的管棚受力分析模型的计算结果更接近实测数据，从而验证了构建管棚模型的合理性。基于建立的管棚受力分析模型，分析注浆加固区的整体性对管棚变形和内力的影响规律，结果表明加固区弹性模量可显著减小管棚的变形和内力。管棚的参数分析表明，在实际工程中，增加钢管直径不能有效降低管棚挠度和内力，减小管棚挠度和内力最有效的方法为合理布置管棚的安装间距和采取合理的注浆量。