隧道双层支护及双层衬砌实验研究

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1、隧道双层支护及双层衬砌实验研究第一章绪论1.1研究背景及意义全段岩性以千枚岩夹板岩及炭质千枚岩夹板岩为主，均为软弱岩，围岩软弱破碎，自稳能力差，遇水易软化，受地应力和地质构造等影响，在施工中多次出现挤压大变形，造成初支开裂、剥落、钢架扭曲、折断、初支侵限拆换，特别因二衬施作前初支未稳定，而引起衬砌开裂、钢筋弯曲等严重问题，给隧道施工安全及运营安全造成不利影响。软弱围岩岩体破碎松散、粘结力差，开挖洞室后，仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱，岩体极不稳定；而且围岩强度低、遇水易软化，尤其是深埋地段受高地应力影响容易产生塑性变形，造成洞室内挤。本隧道开挖揭露的炭

2、质千枚岩夹板岩地层符合软岩的全部基本特征，在高地应力作用下产生挤压大变形成为必然。其中进口工区揭示的地质为炭质千枚岩夹少量炭质板岩，黑色，鳞片变晶结构，千枚状构造，层厚0.5～3cm，受构造影响严重，揉皱发育，岩质较软极软，夹石英脉体，节理发育，岩体破碎-极破碎，呈碎石、角砾状，无水，Ⅴ级围岩；最大累计收敛变形值为544mm(DK358+055)，最大累计下沉值为544mm(DK358+060)，最大收敛变形速率为65mm/d(DK358+215)，最大下沉变形速率为62mm/d(DK358+100)。斜井工区重庆方向揭示的地质为志留系炭质千枚岩夹板岩，灰色-

3、黑色，鳞片变晶结构，千枚状构造，岩质较软软，呈薄层状，层厚2～4cm，层理杂乱，揉皱构造发育，岩体破碎极破碎，呈层状、碎石角砾状，局部呈碎屑状，岩面潮湿，Ⅴ级围岩；最大累计收敛变形值为615mm(DK359+610)，最大累计下沉值为869mm(DK359+655)，最大收敛变形速率为55mm/d(DK359+610)，最大下沉变形速率56mm/d(DK359+655)。..1.2国内外研究现状自20世纪80年代初新奥法全面传入我国以来，铁路、公路隧道的施工技术得以迅速发展并不断提高。我们修建长大隧道的能力也逐渐增强，处理软弱围岩隧道大变形的手段也在不断完善。

4、目前，隧道施工技术较先进的国家(如奥地利、瑞典、德国、日本等)，针对软弱围岩隧道大变形所采取的施工技术措施已较完善，如采用的超前支护措施(主要是深孔注桨、超前锚杆、长大管棚等)、强支护措施(钢架支护、钢纤维、碳纤维喷射混凝土)和特殊支护措施(包括可压缩支护、可替换支护)等在八十年代初期就己解决完成。近30年来,国外有三座有名的挤压性软弱围岩大变形隧道：陶恩隧道、阿尔贝格隧道和惠那山隧道；国内有三座隧道：兰武二线的乌鞘岭隧道、南昆铁路的家竹著隧道和台湾的木栅公路隧道，均较为知名。陶恩隧道于1970-1975年修建于奥地利，为双向行驶之公路隧道，全长6400m,该

5、隧道施工中在千枚岩和绿泥石地段发生了大变形，产生了50cm(般)及120cm(最大)的位移，最大位移速度达20cm/d，是世界上第一座知名的大变形隨道。由于在陶恩隧道设计时对软弱挤压性围岩缺乏经验，初期支护较弱(长4m描杆，厚25cm喷射混凝土，TH3675钢架)。在洞壁发生大变形后，釆用了6-9m长锚杆、可缩钢架以及喷层预留缝等措施，对洞壁已侵入模筑混凝土净空部位进行了扩挖,最后取得了成功。阿尔贝格隧道也在奥地利，系公路隧道，全长13980m,虽然也是软弱挤性围岩隧道，但是设计时吸取了陶恩隧道的经验，为防止大变形,设计时采用了强大的初期支护系统：厚20-25

6、cm的喷混凝土、可缩式75钢架、6m125cm锚杆。虽然如此，在局部地质较差地段，仍产生了20-35cm的支护位移，变形速度达到4-6cm/d。在增加了9-12m的长铺杆后，使变形速度降为5mm/d,施工较为顺利。..第二章依托工程概况及现场试验方案2.1依托工程概况两水隧道位于甘肃省武都区白龙江左岸中山区,隧道穿越剥蚀中低山地貌，绝对高程170～700m，自然坡度一般为10～45°，局部形成陡崖，隧道最大埋深346m。洞身所贯穿山体植被发育，坡面一般覆土较薄。进出口端表层覆土均较薄，植被发育。进口端位于武都区殡仪馆附近212国道边，出口位于武都区北峪

7、河右岸斜坡，省道205在此通过，另山顶为油橄榄种植园，有便道通达，该隧道交通较便利。隧道起讫里程为DK357+082～DK362+090，全长4928.346m，隧道进口至洞身中部附近位于直线上，其他部分位于R-3504.525m的曲线上。两水隧道设横洞一个，斜井一个。横洞位于正洞里程DK357+260处线路左侧，与主线夹角60°，长度80m，坡度10%。斜井位于正洞里程DK359+500处线路左侧，与主线夹角65°1115，长度316m，坡度-9.1%。两水隧道施工区段多为深切峡谷和高山，河谷狭窄，跨越秦岭中高山的白龙江河谷区、秦岭高中山区，

8、高程多在1500～3200m间，相对高