科研项目
黄土连拱隧道设计施工技术在公路工程中的应用研究
来源:    日期:2016/10/27 9:35:20    点击:

【项目简介】

随着西部大开发战略的实施, 我国公路建设越来越多地修建在多山地区, 受地形及展线限制, 连拱隧道的数量日渐增多。与分离隧道相比, 连拱隧道具有结构形式复杂, 开挖工序多等特点, 导致拱隧道结构的受力状况很复杂。黄土具有力学性质差、湿陷性等特点,黄土连拱隧道的设计和施工较一般连拱隧道更为复杂。

离石隧道是我国首条黄土连拱隧道,没有可借鉴的经验,依托该工程开展黄土连拱隧道的施工力学研究,不仅对山西黄土连拱隧道工程的修建具有直接的指导意义,而且将填补我国连拱隧道理论研究方面的空白。

为此由山西省交通规划勘察设计院牵头,联合有关单位组成了课题组,研究围绕“环境友好、资源节约型”的理念,开展了黄土连拱隧道设计施工技术研究。主要科技成果如下:

1、 数值分析

通过有限元分析,认为黄土连拱隧道应先开挖靠山侧的侧壁导洞法施工;对中隔墙厚度的受力分析,得出Q2、Q3黄土连拱隧道的合理中隔墙厚度;研究了黄土连拱隧道的左右洞开挖步序及支护时机,提出两洞开挖面距离为3倍洞跨为宜。

2、模型试验

在利用自己开发的“公路隧道与围岩综合实验系统”基础上,开发了连拱隧道相似模型试验系统,采用在隧道开挖边界上预加荷载技术,在模拟初始地应力、开挖效果和施工步骤方面有所创新。得出隧道时间?位移规律,对隧道开挖方案进行了研究。

3、实体工程实验

研究了喷射混凝土和锚杆的施工工艺,成功地采用了湿喷和无水干钻技术。根据监测结果分析,表明隧道在开挖过程期间围岩变形、收敛量、拱顶下沉量、围岩应力都在安全施工范围内。从检测结果分析表明本隧道无论从外观,还是结构都达到了优质工程的标准。

本课题的研究成果对于在黄土山区洞口地形狭窄或对两洞间距有特殊要求的中、短隧道修建具有指导性意义,能够减小双洞轴线间距、减小占地,很好地解决洞外接线,很好地解决因分离式路基增加较大的路基工程和避免了采用明开挖而破坏植被和自然环境的问题,确保隧道施工以及运营期间的安全,具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。

本课题于2006年12月由山西省科学技术厅组织专家鉴定,项目总体达到国际先进水平,获2008年度山西省科学技术二等奖。

【技术创新】

该课题以山西省汾阳至离石高速公路、离石至军渡高速公路黄土连拱隧道及太原至长治高速公路连拱隧道建设工程为依托,采取数值计算、模型试验、现场监控量测等多种方法与技术,对黄土连拱隧道的设计与施工进行了深入研究,取得了以下创新性成果:

1、针对黄土地层物理特性,通过黄土连拱隧道中隔墙厚度的受力分析,首次得出了Q2、Q3黄土连拱隧道的中隔墙设计厚度;并设计了复合式曲中墙结构,改善了连拱隧道结构受力状态和防水功能。

2、针对依托工程,通过支护结构受力分析与现场监控量测分析,提出了浅埋偏压黄土连拱隧道的合理结构型式与支护衬砌参数。

3、研究了黄土连拱隧道的左右洞开挖步序及支护时机,提出两洞的开挖面距离取3倍洞跨为宜,同时制定了依托工程隧道的合理开挖方法及施工步序。

4、针对黄土隧道的特点,研究了喷射混凝土和锚杆的施工工艺,在依托隧道工程中成功地采用了湿喷和无水干钻技术。

5、开发了连拱隧道相似模型试验系统,采用了在隧道开挖边界上预加荷载技术,在模拟初始地应力及开挖效果和施工步骤方面有所创新。

【推广应用】

该研究解决了黄土连拱隧道的设计与施工难题,为成功修建我国首座黄土连拱隧道提供了技术支撑,部分成果已纳入《公路隧道设计规范(JTG D70)》中。目前该研究成果已成功应用于离石至军渡高速公路王家会隧道、太原至长治高速公路葫芦山隧道、长堰岭隧道、郝范家岭隧道、忻州至保德高速公路沙塔、水峪贯隧道等黄土连拱隧道的设计、施工中,取得了显著的经济、社会效益。