高速铁路大跨度双线隧道矿山法施工的装配式衬砌力学特性分析

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1、西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：论文对矿山法施工的高速铁路大跨度双线隧道采用装配式衬砌时的断面形式进行了优化处理，并提出了衬砌管片合理划分方案。西南交通大学硕士研究生学位论文第l页第1章绪论1．1引言随着我国“十一五

2、"计划的开展，高速铁路隧道的发展将进入一个高速发展时期。这一时期以及往后我国将建立很多的铁路隧道。从技术上，我们的衬砌技术会得到更好的发展，为了适应我国各种各样的地质条件，有必要对各种衬砌方式进行研究以解决目前主流衬砌方法所遇到的难题。从经济上考虑，我国高速铁路的建设是一个很庞大的工程，其中隧道的建设也是一个不小的开支，为了资源的充分利用，．预制化构件的研究是很有必要的。预制化构件的应用将降低工程的成本和加快隧道施工的工业化程度以及改善隧道内的施工环境。因此，在我国进入“十一五"的今天，很有必要对高

3、速铁路隧道装配式衬砌的构件拼装、构件以及其接头力学特性和施工问题进行研究。从国内外预制技术的发展现状看，地下工程的预制技术的研究，是从两个方面开展的，一是部分预制的方法，另一个是全部预制的方法。例如日本在修建隧道衬砌仰拱时，在某些公路隧道采用预制构件和模筑混凝土结合的方法修筑仰拱，并取得成功【13】。仰拱的下沉量只有3nun，其主要原因是不需要设置和拆除模板，比现场灌注混凝土的仰拱降低成本10％"--15％。在山岭隧道的二次衬砌中也开发出来过类似的预制板兼模板技术。预制板是钢筋混凝土板，主筋从板背面

4、伸出，现场灌注混凝土时与之成为一体。此法与采用活动模板灌注混凝土的方法比较能够降低成本20％"-'30％，并缩短工期。日本在仙台市地下铁路工程中，曾采用预制箱形结构，箱体尺寸是11．092mX7．440m，是双跨箱形结构。整个结构分为顶板、底板、侧壁及中柱等5个预制构件。设计中主要解决的划分和轻量化、构件的纵向和上下紧固方法等问题。日法联合开发的大型拱形结构的预制技术在公路隧道的扩建中得到了实际应用，预制构件的最大跨度已经达到12Ⅱ眨莹右。前苏联在铁路隧道装配式衬砌研究上，也有许多成功的经验，同时开

5、发了砌块式和管片式的马蹄形装配式衬砌。这些事实说明：采用预制构件，不仅提高了工程质量，还可以缩短工期，降低成本。同时提高了隧道施工的工厂化程度。西南交通大学硕士研究生学位论文第2页目前许多国家都把构件预制化作为技术发展的一个重要标志，构件预制化的程度越高，技术水平也越高。同时构件预制化也是施工工厂化技术发展的必然趋势，是提高工程质量和修筑速度、降低经济成本的主要方法。预制技术在隧道工程的体现就是装配式衬砌。盾构隧道就是装配式衬砌的典型代表，一些国家在这方面取得了许多成就。从国内外预制技术的发展现状来

6、看，隧道工程的预制技术主要应用在盾构法修建的工程中，一般为圆形结构。·采用矿山法修建的隧道中采用预制技术的相对较少，这是由于矿山法施工中难免会出现超欠挖，对于超欠挖严重的隧道，装配式衬砌难以实施，即便能够拼装，也会大大增加注浆量，从而提高工程造价。一直以来由于这种传统开挖技术的限制，无法很好地解决隧道的超欠挖问题，装配式衬砌也大多局限于小断面的输水涵洞和明挖施工的明洞衬砌部分。但是在国内铁路隧道大多采用矿山法施工，同时对于铁路隧道基本上是“拱形+直线”或“拱形+拱形"构件构成的，其构件类型较少也存在

7、预制构件标准化的条件。同时随着一些施工新旌工技术的应用和控制爆破(预裂爆破、光面爆破)技术的提高，现在已经能够较好地控制隧道的开挖轮廓，使装配式衬砌在矿山法施工铁路隧道中的实施成为可能。此外，近年来隧道掘进机在一些山岭隧道中开始使用，隧道掘进机施工的隧道开挖轮廓线光滑平整，也为装配式衬砌的实施提供了条件：另外在一些特殊的环境中；如高寒冻土等地段，模筑混凝土施工困难的条件下，采用装配式衬砌，不但可以确保混凝土的质量，而且可以减少一些施工工艺，同时也改善了施工环境。地下结构的预制技术已经有了一定程度的发

8、展。预制技术的发展带来的经济、技术效益也是明显的。尤其对于铁路隧道的成本降低以及铁路隧道施工质量的提高具有现实意义。因此很有必要对铁路隧道装配式衬砌进行研究。1．2国内外装配式衬砌的研究现状目前，许多国家都把构件预制化作为技术发展的一个重要标志。构件预制化的程度越高，技术水平也越高。同时构件预制化也是施工工厂化技术发展的必然趋势，是提高工程质量和加快修建速度、降低工程成本的主要方法。从国内外预制技术的发展现状看，隧道工程的预制技术主要应用在盾构法修建的工程中，一般为圆