基于监控量测的多洞隧道洞口开挖稳定性研究

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随着我国铁路、公路路网的日趋发达,需要通过隧道穿越山区的项目也越来越多。多车道穿越山体时,往往受到隧道最大断面的限制而采用多洞并行的隧道设计方案,山区地形地势复杂,隧道洞口段风化严重、埋深较浅,往往成为多洞隧道开挖的难点。因此,研究多洞隧道洞口段的开挖稳定性,对隧道设计施工具有一定的指导意义和参考价值。本研究依托四川省某双向四洞十车道隧道工程,通过走访调研、获取资料、阅读文献等手段,对项目场地地形地貌、地质构造、地层岩性、气象水文条件进行了评价。为研究隧道开挖彼此影响,研究在进行围岩等级划分评定的基础上,对隧道近接施工情况进行了判断。通过引入有限差分仿真模拟程序FLAC3D,建立了双洞开挖断面的近二维模型,模拟双洞采用上下台阶法先后经过某一断面的工况,计算得到了每一施工步骤下双洞水平、竖直方向上的最大应力,拱顶中心点下沉位移,两拱脚水平位移差值,并得到后洞隧道通过断面时,前洞的应力、位移分布和发展的规律。通过对1号隧道洞口段实际开展监控量测作业,采集数据,得到了各洞隧道拱顶下沉、净空收敛、地表沉降等监控量测动态数据。结合监控点位的布置,选取对应断面(标准里程为K20+305),与仿真模拟的结果进行比对验证。通过数据回归分析的方法,研究后洞隧道施工对前洞隧道断面拱顶下沉、净空收敛发展的影响,并验证了后洞隧道通过截面时,前洞隧道位移发展受影响的规律。为进一步阐释四洞隧道边坡开挖的整体变形特征和应力分布规律,探究最优的多洞隧道施工方案,本研究运用FLAC3D程序建立了边坡体中四洞隧道开挖的模型。通过改变隧道掌子面间距,得到隧道开挖综合最优掌子面间距为10m;在该掌子面间距下,通过改变隧道的开挖顺序,得到该工况下的最优施工方案。研究结果认为:多洞隧道施工中,后洞隧道通过某一断面时,会使前洞隧道变形位移短时间受到抑制,而最终水平方向稳定值略微减小,竖直方向稳定值基本不变。因此,在多洞隧道设计施工中,选择最优的隧道掌子面间距以及合理的隧道掘进先后顺序,对整体稳定性具有积极意义。
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