巨跨洞室二次衬砌结构设计方法研究

针对现有荷载-结构法得出的巨跨洞室二次衬砌结构厚度大、经济性和施工可操作性差等问题,基于某跨度超50 m的巨跨洞室的整体和局部稳定特点,提出巨跨洞室二次衬砌结构承担洞室剩余变形和块体不稳定荷载的作用机制,并论述二次衬砌结构设计的计算过程。得出结果如下:(1)巨跨二次衬砌结构承担洞室剩余变形和不稳定块体荷载这一力学模型符合巨跨洞室整体和局部稳定机制;(2)洞室剩余变形为极限沉降与既有沉降的差值,采用此方法得出的剩余变形值与二次衬砌和喷射混凝土接触压力实测值具有较高的一致性;(3)所提出的不稳定块体荷载是针对洞室薄弱部位重点设计,安全性高;(4)采用本文的设计方法得出的拱部及边墙二次衬砌厚度分别为0.8、1.4 m,相较于常规设计方法,厚度减少了27%~53%。

超大跨扁平地下洞室围岩分级方法探讨

为解决20~70 m超大跨洞室围岩分级难题,提出在初步分级阶段采用面积加权平均法确定围岩基本质量指标、在详细分级阶段增加跨度影响修正系数的超大跨扁平洞室围岩分级方法,跨度影响修正系数值根据洞室稳定系数与围岩基本质量指标和洞室跨度之间的关系来确定。采用三维数值模拟和强度折减法,通过模拟洞室的开挖全过程,计算Ⅰ—Ⅳ级围岩中20~70 m跨度洞室的稳定系数,分析得出洞室稳定系数与围岩基本质量指标和跨度之间的经验公式。结果表明:1)当跨度由20 m增大至70 m后,洞室稳定系数减小了46.54%~50.67%;2)当洞室跨度相同时,围岩基本质量指标越小,洞室稳定性越差。定义跨度影响修正系数为洞室稳定系数偏离基准跨度(20 m)洞室稳定系数的相对偏离度与基准跨度洞室稳定系数级差的比值。跨度影响修正系数取值范围为0~1.0,跨度增大对围岩稳定性的最不利影响相当于围岩级别降低1级。

巨跨扁平洞室施工期拱部沉降分析

为解决巨跨扁平洞室工程现场监测数据匮乏和研究手段单一等现状对洞室变形特征及稳定性分析造成的困扰,以某水平地应力为主应力的巨跨洞室为例,结合洞室的地质条件、地应力及开挖步序,采取现场监测数据分析和三维数值计算的方法,得出巨跨扁平洞室拱部沉降特征。结果表明:1)巨跨洞室拱部沉降较小,最大值为22.8 mm,且受地质条件、地应力、结构面等因素影响,其变形具有一定的离散性;2)巨跨洞室中岩柱拆除步序引起的沉降占总沉降的40%~60%;3)巨跨洞室开挖过程的变形曲线呈现台阶状和锯齿状相结合的特点,其稳定机制为应力控制的整体稳定和结构面控制的局部稳定相结合;4)巨跨洞室开挖引起的拱顶扰动范围主要存在洞室周边浅层岩体,拱肩附近的扰动范围主要存在洞室周边浅中层岩体,开挖对深层岩体的影响较弱。