黄土隧道的受力分析和施工的关键技术问题.pdf

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1、黄土隧道的受力分析和施工的关键技术问题1123王建，李盛桢，李国庆，曾令军(1．中国公路工程咨询集团有限公司中咨华科交通建设技术有限公司，北京100195;2．北京中设泛华工程咨询有限公司，北京100082;3．北京市建设工程安全质量监督总站，北京100073)摘要:本文对黄土隧道的支护体系与土体间的接触应力，支护体系与模筑衬砌间的径向压力和洞室外土体的切向应力进行了受力分析，并对黄土隧道施工开挖方法的选择，洞室围岩的侧向应力控制，湿陷性黄土的处理和加强监控量测等关键技术问题进行了论述。关键词:黄土隧道;受力分析;施工

2、;关键技术中图分类号:U45文献标识码:B随着国内高速公路的快速发展，高速公路现已逐固处理工序施工的影响，施工工艺复杂，施工工艺要渐向中西部山岭重丘地区延伸，不可避免的出现了较求高，施工质量要确保符合施工规范的要求，因此进多的黄土公路隧道，由于国内外已建成的黄土公路隧度很缓慢，同时为保证施工安全和结构的稳定性，开道不多和经验总结的参考资料的局限性，本文对黄土挖过程中的支护体系(包括临时支护措施，超前支隧道的受力分析和施工的关键技术问题进行了论述。护措施，辅助施工措施))和开挖后的初期支护体系等相当复杂。1黄土公路隧道工

3、程的特点2黄土隧道的受力分析1.1黄土公路隧道自稳性差易坍塌2.1支护体系与土体间的接触应力分析由于黄土结构松散，连接力弱，其自身强度低，由于喷射混凝土层在施工中的接触条件和土体变抵抗外力破坏的性能差，洞顶为厚层黄土时，开挖后形特征等因素的影响造成与黄土围岩接触应力不均，应力重新组合，自稳能力差，遇水后土粒间的胶结作从而造成洞室周围压力的不均匀性，形成接触应力具用遭到破坏，凝聚强度大为降低，再加上开挖过程的有在拱部呈马鞍形分布，而两侧应力又不对称的施工扰动，有可能出现围岩失稳现象，极易坍塌。特点。1.2黄土具有湿陷性隧

4、道基底需处理支护体系与土体间的接触应力在拱顶和拱腰部位黄土地基尤其是新黄土具有一定的湿陷性，在土的差异还是较大的。隧道支护的最危险之处并不是拱体的自重压力或土的附加压力与自重压力的共同作用顶部位而是在拱腰(约与隧道中线成40°左右的夹下，一旦受水浸湿，土的结构迅速破坏，承载力急剧角)处，拱顶处压力值偏小，这主要是由于拱顶下降低，随之产生显著的附加下沉，从而使隧道洞室出沉变形量大，应力得到了充分释放，而压力又是随支现裂缝甚至破坏。因此，黄土隧道的基底如遇有湿陷护变形而向洞室移动，因而造成拱顶接触应力的减性时需采取灰土换填

5、，清除湿陷土层，灰土挤密桩及小。从力学平衡讲，接触应力是支护体系结构约束隧注浆等措施进行加固处理。道围岩变形的阻力，也是围岩在位移过程中对支护体1.3黄土隧道支护体系复杂系结构施加的荷载，当位移大时，则阻力就减小。由于黄土的特性，黄土隧道一般Q1，Q2老黄土2.2支护体系与模筑衬砌间的径向压力分析地质评价为Ⅳ级围岩，Q3，Q4新黄土地质评价为Ⅴ在地质条件好的硬质岩隧道中，开挖洞室所引起级围岩，软塑状粘性黄土为Ⅵ级围岩。Ⅳ级围岩常采的围岩变形很快就稳定下来，因此，后浇注的衬砌受用弧形导坑法开挖，Ⅴ级围岩为CRD法(中壁法

6、或力很小，基本不受力，只作为安全的储备。而在软质交叉中壁法)开挖，Ⅵ级围岩为双侧壁导坑法开挖。岩隧道中，特别是在黄土隧道中情况就不同了，由于一般每循环进尺为0.5～1.5m，且可能还要受地基加围岩自身强度低，为了隧道的安全，在初期支护后不作者简介:王建(1981－)男，北京人，工程师。2012年9期(总第93期)269桥隧工程能让其充分的变形就要做衬砌，当浇注衬砌完成后，间有限，主要采用人工持风镐进行开挖。围岩仍在继续变形之中，且要经历较长的时间，但这在上述不同开挖方法中应根据黄土的物理力学指种变形很快就被后浇注的衬砌

7、阻止了，就产生径向压标、湿陷性情况、覆盖层厚度、洞室跨径等在确保施力。这种因变形而产生的径向压力经支护传递到衬砌工安全和今后运营安全等前提下进行合理选择。上，一般支护体系与衬砌的径向压力并不大，在3.2黄土隧道洞室围岩的侧向应力控制0.05MPa以下。黄土隧道围岩的承载力指标一般为σ0=120～2.3洞室外土体的切向应力分析150kPa之间，若在无水黄土隧道的围岩地段，粘滞在喷射混凝土层边缘的土体中存在着切向应力，系数大，围岩壁立性好，只有拱部范围的围岩稳定性这表明隧道周围土体(拱顶除外)均出现垂直压缩较差。当开挖后初

8、期支护与周边围岩的粘结力低，格状态。喷射混凝土层与隧道洞室外土体间的粘结对传栅拱架或型钢拱架的基座一般直接落在黄土上，垂直递切向应力起着重要的作用，使初期支护基本上处于围岩压力和支护自重作用引起的沉降量较容易被柔性受压状态，这与二衬模筑初期的受力状态有很大的不支护体系克服，而由于围岩侧压力的作用，支护结构同。一般在初期支护时采取了