郑西客运专线黄土特大断面隧道施工关键技术研究

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1、郑西客运专线黄土特大断面隧道施工关键技术研究1＞目的和意义郑西客运专线隧道断面大，开挖面积达170^2以上，隧道埋深浅，新老黄土地层常具有不同方向的构造节理，有的原生节理呈“X”形，成对出现，并具有一定的延续性,稳定性差，湿陷性显著。在隧道开挖时，土体极容易顺着节理方向张开或剪断，出现坍塌现彖，特别是隧道开挖断而而积大幅度增加，必然出现许多理论及隧道施工安全的新课题，如黄土特大断面隧道围岩压力、特大断面的分部开挖问题、隧底地基承载力不足及施工废水的合理处理问题等。而且国内外黄土地层特大断面隧道工程实践较少，可以借鉴的

2、工程经验很少，因此结合郑西客运专线隧道工程，评价黄土大断面隧道结构物的安全性，在工程实践中开展快速、安全施工技术研究，具有重大的理论意义和重大工程实用价值。2＞主要研究内容2.1黄土特大断面隧道测试试验与分析研究(1)现场测试试验①围岩内部位移与锚杆轴力狈*J试；②支护变形、应力、压力测试；③衬砌变形、应力、压力测试。(2)黄土物理力学性能室内试验包拾：强度、含水量、弹性模量、内聚力、内摩擦角、湿陷性等。2.2黄土特大断面隧道施工变形机制与位移管理基准研究(1)湿陷性黄土工程特性及变形力学机制；(2)黄土特大断面隧道

3、极限位移、预留变形量、二衬施作时机等位移管理基准。2.3黄土特大断面隧道合理支护形式研究(1)隧底湿陷性黄土处理技术;(1)合理锚杆形成与参数；(2)合理支护、结构形式与参数。2.4黄土特大断面隧道结构安全性研究(1)黄土地层特大断面隧道帀岩压力或隧道结构荷载的确定;(2)特人断面多分部施丄对隧道稳定性的影响；(3)黄土特人断面隧道结构安全性综合评价。3主要研究方法3.1黄土特大断面隧道测试试验与分析研究(1)选择有代表性区段作为试验段工程，开展隧道变形、围岩内部位移、锚杆轴力、围岩压力、支护应力、二衬接触压力和二衬

4、应力的试验测试，上述各项测试的测点布置如图1所示。对非试验段各隧道施工位移监测进行统一管理，综合分析黄土隧道位移特征。(2)选择有代表区段取样，开展黄土结构特征微观分析，并进行强度、弹性模量等物理力学性能室内试验。3.2黄土特大断面隧道变形机制与位移管理基准研究(1)黄上微观结构决定了黄上的基本性能，受隧道开挖、支护施工过程的影响，隧道周边的黄土(围岩)应力重分布应力路径、应力形式的改变，特别在地下水的影响，与一般岩体相比较，将形成不同的洞室变形与围岩应力释放特征。这种洞室力学效应下的黄土工程特性研究，以掌握黄土隧道

5、的变形力学机制。(2)隧道设计、施工规范中均列有铁路单、双线隧道施工极限位移和隧道稳眾性判别标准。众所周知，隧道位移与围岩性质、洞室大小、支护参数及施工方法紧密相关，对黄土、客专双线特大断面隧道应建立门身的隧道极限位移。利用实际的黄土I制岩物理力学参数，隧道埋深、断而支护参数及施丁方法实际，进行隧道极限位移的计算模拟。根据计算模拟值、实测值及安全度，以及黄十•隧道实际的变形、压力特征，综合确定黄土隧道极限位移、预留变形量、二衬施作时机位移管理基准。3.3黄土特大断面隧道合理支护形式(1)现行规范中隧道结构荷载是建立在

6、工程实践统计基础之上，主要來源于传统铁路单、双线隧道，根据开挖跨度外延后得到的特人断面隧道围岩压力与实际情况将会有相当大的出入。黄土地层，特别是新黄土地层，因其独特的力学特性，将会使作用在特大断面隧道结构上的荷载量值及分布规律与常规断面隧道有很大差别。对典型黄上地层、典型隧道断面，采用埋设压力传感器对作用在隧道结构上的荷载进行现场测试，也统计分析的方法得到黄土地层特大断面隧道围岩压力的量值大小及分布规律，提出黄土特大断面隧道的结构形式。(2)由于黄土地层特有的稳定性差的力学特性，特别是在特人断面隧道施工中为保证围岩稳

7、定性，必须采用多分部施工方法，采用相应的临时支护结构。在多分-部的施工过程屮，临时支护结构体系的力学转换过程异常复杂，必须保证临时支护结构拆除过程屮隧道的稳立性，为此采用现场量测结合束Z模拟的方法来研究特大断而隧道施丁的多分部开挖对隧道结构的安全性影响。(3)高速铁路隧道高标准的要求，支护作为结构的一部分，传统的强度等级、钢筋保护层厚度不能满足结构耐久性要求；大断面分部施工支护结构应力转换过程复杂。因此,利用综合试验和计算分析结果，结合结构耐久性要求，提出黄土特大断面隧道支护的合理设计参数。3.4黄土特大断面隧道结构

8、安全性研究(1)黄土地层，特别是湿陷性黄土地层，应特别注意丿施工废水的处理。与一般湿陷性黄土地基处理措施不同，洞内隧底湿陷性黄土处理不仅要提髙地基承载力，更重要的是保护黄十•围岩，阻止地下水及洞内水渗入土层。因此，考虑到黄土特有的物理特性，优化选择合适的地基加固措施，保证隧道稳泄性。(2)黄土地层自身的锚固力低，锚管注浆存在软化黄土问题，在黃土