四孔小净距隧道浅埋下穿高速公路施工力学特性

基于摩尔库仑破坏准则并结合数学优化方法,考虑夹层围岩应力、洞室变形及路基沉降等关键指标建立安全度综合评价方程,定量优化方案,并研究最优方案下考虑施工过程及支护效应的隧道施工力学特性。研究表明:先行的右车行洞与人行洞之间夹岩的应变贯通,车行洞覆土沉降呈漏斗状,仰拱出现隆起,且先行的车行洞塑性应变多集中于拱腰位置,后开挖的左车行洞拱顶下沉及侧向变形较大,可见先行隧道的卸载及应力释放效应不可忽略,施工中应注重对先行洞的中夹岩进行注浆加固,并对车行洞左拱脚设置锁脚锚杆、拱部注浆等措施;上台阶开挖时拱顶下沉和上覆路基沉降急增,下沉值超过总变形值50%,若围岩恶化或环境控制标准更严格,应考虑采用短台阶预留核心土法或双侧壁导坑法开挖;隧道上覆路基沉降呈非对称的“W”形分布,且后行的左车行隧道沉降较大,计算结果得到现场监测数据验证;管棚落脚处及与围岩接触面存在应力集中区,揭示大刚度管棚的应力传递作用,管棚的设置可有效降低拱顶下沉及路基沉降,保证了上覆路基总沉降值小于20 mm,满足设计要求。研究工作可为类似工程提供技术支撑及工程指导。

上覆地表车载作用下群洞隧道动力响应研究

依托浅埋四孔小净距隧道工程实践,基于行车动载理论,建立了三维弹性半空间隧道振动分析模型,分析车速和载重等10种激励作用下隧道竖向位移及应力响应规律。结果表明,在不同激励力作用下中隔带路面沉降最大,影响范围至隧道拱腰-拱脚位置,呈倒槽型分布,且4条隧道均在拱顶出现位移峰值,峰值随载重大致呈线性关系,车行及人行隧道位移曲线近似呈镜面对称的“漏斗型”曲线和渐变曲线。隧道最大主应力峰值主要分布于左、右拱肩,主应力峰值随载重大致呈线性关系。车行及人行隧道主应力近似呈镜面对称的不规则“双峰型”曲线和渐变曲线。公路下穿段范围隧道位移及主应力变化速率较大,但车速对隧道竖向位移及主应力影响并不明显,载重是关键影响因素。结合分析结果,给出了监控加密部位、交通管制及加固措施等建议。

Characteristics of the Zhengzhou Laoyachen Fault Revealed by Seismic Exploration Data

Exploration and research of fault activities are the fundamentals of earthquake prediction and prevention and disaster reduction. In order to determine the location, characteristics and activities of the Zhengzhou-Laoyachen fault, shallow seismic prospecting with different exploration depth across the Laoyachen fault was carried out in the northern suburbs of Zhengzhou city in 2006. The images of the subterranean structure and tectonics at depths of 30m～6000m have been available by applying the combined methods of explosive seismic sources and vibrator seismic sources, as well as the combination of diverse observation systems with different parameters. The outcome indicates that the Laoyachen fault is a normal fault running NW and dipping NE, which offsets stratums ahead of Neogene (N). However, no fault displacements are found in the interior stratums of Q+N.

基于承载特性的群洞稳定性及初期支护优化研究

以福建某下穿高速公路大跨四孔小净距隧道(中间两孔车行隧道为双向八车道)为依托,开展考虑各洞室承载特性的整体优化研究以实现更科学的设计。基于强度折减极限理论方法,结合围岩变形、中夹岩塑性区发展及洞室破坏过程,综合评价各洞室稳定性,探讨群洞失稳判定方法及破坏模式;基于各洞室等强设计思想,通过数学函数模型拟合各洞室安全系数与初期支护厚度隐含关系,基于遗传算法对支护厚度进行优化。结果表明,随强度折减系数增大,围岩塑性区由近及远发展并贯通,大跨车行隧道与人行隧道安全储备不同,存在优化空间;结合各洞室稳定性及破坏发展过程,总结提出中夹岩塑性区贯通破坏、拱脚及地表塑性区贯通破坏以及上述两者共同作用破坏的三种群洞隧道主导破坏模式。计算结果表明,人行隧道及车行隧道初期支护厚度可减少4~12 cm,存在16.7%~26.7%不等优化空间。优化方案、原方案典型断面变形、应力与现场实测值一致性好,且均小于规定值,结构是稳定的,表明优化后的支护与围岩能较好协同作用,验证了计算方法及优化方案的合理性。这种综合考虑各洞室承载特性、支护参数经济性及群洞整体稳定性的优化方法,更好地处理了工程安全及工程造价之间的辩证关系,相比传统工程类比法更具科学性。

交通荷载对浅埋群洞隧道的动力影响分析

依托福建某浅埋下穿高速公路四孔隧道工程,基于车载动力理论,建立路面-围岩-隧道振动分析模型,分析车载作用下浅埋群洞隧道动力响应。结果表明,竖向位移时程曲线表现出半激烈震荡的“倒双峰型”,本幅车载作用产生的位移峰值远大于另一幅对向车载作用产生的,且动位移群洞效应小。动应力沿洞周呈非对称的“四叶草型”分布,动应力往拱肩部位集中,双幅车道满载时拱肩动应力幅值比其他方案明显增大,这种长期效应不容忽视,应提出合理的车道布载形式。各岩土体弹性模量对动应力传递影响较大,表层弹性模量越大,动应力衰减越快,但到达隧道结构时出现反射、增大现象,增大路面刚度或隧道加固圈范围可降低动应力对隧道的影响。合理控制车流密度可使得下覆隧道拱肩动应力显著降低,且循环车载作用会使得隧道动应力峰值增大60.98%~81.3%。通过影响度分析,表明四车道满堵车时下方隧道围岩动应力是半幅堵车的12.68倍。