浅埋偏压大断面隧道洞口段施工稳定性研究 ——以格鲁吉亚3003号隧道为例

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在山区高速公路建设中,隧道工程占有十分重要的地位。受地形影响,隧道洞口段频频出现高边仰坡、大偏压以及浅埋等不利的地质条件,如何保障隧道洞口段边仰坡的稳定性及选择安全合理的洞口进洞施工方案是隧道工程的重难点之一。论文以在建的格鲁吉亚E60高速公路F3标段3003号隧道工程为背景,采用数值模拟和现场监控量测相结合的方法,对隧道洞口段边仰坡支护方案及隧道洞口段的进洞方案进行了研究,主要的研究内容及取得的成果如下:(1)考虑隧道洞口段地质的变化情况,基于洞口段进行的补充地质勘察资料,利用Midas GTS NX软件,建立了隧道洞口段的数值分析模型,对原支护方案下洞口段边仰坡的稳定性进行模拟分析,结果表明原支护方案难以满足边仰坡施工稳定性要求,需要根据补勘地质资料进行洞口段边仰坡的支护设计。(2)基于补勘地质资料的分析,提出了隧道洞口段边仰坡的变更支护方案。采用数值模拟方法,建立了变更支护方案下的隧道洞口段数值分析模型,对隧道洞口段边仰坡的位移、应力及稳定性进行综合分析,验证了变更后隧道洞口段边仰坡支护方案的安全性。(3)采用数值模拟的方法,分别建立了三种辅助施工措施的隧道洞口段数值分析模型,对全断面法和台阶法等不同施工方案下隧道洞口段的施工稳定性进行数值模拟分析。基于施工引起的隧道洞口段地表位移、隧道围岩变形和应力以及隧道支护结构的受力特征等多方面的综合分析,建议隧道洞口段采取台阶法的施工方案,提出了洞口段采用管棚注浆和玻璃纤维构件加固核心土确定施工稳定的辅助施工措施。(4)对建议的台阶法施工方案进行数值模拟分析,研究了不同台阶长度下隧道洞口段的施工稳定特性。基于数值模拟结果,从洞口段的地表位移、隧道围岩的变形和应力以及支护结构的应力特征等多个方面进行综合对比分析,建议洞口段台阶法施工的台阶长度以10 m为宜。(5)开展隧道洞口段现场施工监测工作,基于现场监控量测数据,研究了边仰坡地表沉降及洞内围岩变形的变化规律。将现场监测结果与数值模拟结果进行了对比分析,验证了论文所确定的边仰坡支护及进洞施工方案的合理性、可行性。
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