山岭公路隧道偏压致灾机理及防治对策研究

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山岭地区地形地貌、地质构造复杂,当隧道经过傍山、沿溪段时,就会产生偏压现象,带来开裂、变形破坏等一系列工程问题。本文通过资料、文献整理,采用理论分析、数值模拟、现场勘察及监控量测相结合的方法,对山岭公路隧道偏压形成与致灾机理、防治对策进行综合论述,依托贵州正习高速公路段天鹅穴隧道,开展相关研究,效果显著。主要研究内容及成果如下:(1)系统性得出四种偏压致灾类型:地形原因诱发类型、地质原因诱发类型、施工人为原因诱发类型、综合作用诱发类型及对应的主要影响因素、九种诱发机制。(2)分析了偏压地层应力分布规律,得出偏压地层下隧道水平、竖直及剪切应力随横坡、泊松比的变化规律,并推导出基于极限上限法的偏压隧道围岩荷载优化计算方法,得出公路隧道偏压致灾形成的直接原因是由地形、地质及施工原因引起的结构不对称,而其形成的根本原因为深埋侧荷载往往远大于浅埋侧荷载,围岩及支护结构承担显著不对称受力所引起的。(3)利用FLAC3D有限差分软件进行偏压致灾关键性影响因素分析,建立不同覆土厚度、横坡坡率及围岩级别下的比较模型,得出在施工人为原因控制情况下,对于不同影响因素而言,横坡坡率为致灾关键性影响因素;对于不同诱发类型而言,地形原因为致灾关键性影响因素。(4)诱因单一时根据地形、地质及施工人为三方面进行防治对策的分析;诱因耦合时,提出非对称支护+分时注浆支护理念,得出其在时间上通过分时、分段注浆承载圈提供额外的抗力,空间上通过非对称的支护结构抵消深埋侧拱顶偏大的松散土压力荷载,与偏压隧道的受力、形成机制耦合。(5)采用三维有限元软件Midas GTS进行防治对策的应用效果研究。建立非对称支护+分时注浆、同等条件下对称支护、无支护三种情况下的隧道施工阶段三维数值模型,结合监控量测数据,从变形、受力、塑性破坏范围、成本概算进行对比研究,验证了该支护理念的适用性、经济性及环保性。
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