小凈距隧道荷載模式的研究

小凈距隧道荷載模式的研究

小凈距隧道是一條靠近通常距離的雙孔隧道，這兩條隧道之間的距離在距離地下隧道和連拱隧道之間。近年來，由于設(shè)計需要在2.8m之間，從不同圍巖的最小兩個孔之間進行調(diào)整，因此距離較小。如果施工爆炸和干擾的影響，導(dǎo)致荷載重疊，甚至集中，洞周圍的巖性區(qū)的變形變大，一般來說，滑動圈的高度為3.4m。如果超過圍巖的強度，它將破壞，影響施工安全。一般來說，在小凈距隧道的壓力分析中采用了兩種方法：負荷結(jié)構(gòu)法和有限源法。負荷結(jié)構(gòu)法的關(guān)鍵是計算圍巖壓力。在規(guī)范中，采用了緩解法。在規(guī)范中，小凈距隧道中夾巖墻的振幅很小，在開挖的附加力的作用下，垂直和向下位移，其等效長度大于單孔的振幅。例如，如何考慮這條小凈距隧道的等效寬度以及中夾巖墻頂部的負荷，以及應(yīng)用有限開采法的問題是為了確定低壓釋放系數(shù)。有限開采法通常只進行定性分析，不允許精確計算和確定供水參數(shù)?，F(xiàn)在，在設(shè)計小凈距隧道時，兩側(cè)隧道的初始和二次襯砌通常參照單孔隧道進行相應(yīng)的改進。可靠、客觀的依據(jù)很少，沒有適當(dāng)?shù)睦碚撘罁?jù)來確定小凈距隧道的負荷模式。本文基于雙破拱的假設(shè)，認為隧道的動態(tài)壓計應(yīng)在單個隧道的寬度和兩個隧道結(jié)構(gòu)的開挖寬度之間的相應(yīng)松動壓力之間進行計算，并提出了一種新的測量單個隧道寬度和兩個隧道結(jié)構(gòu)的洞的最小距離內(nèi)的居民區(qū)。1隧道內(nèi)小距離噪聲的確定1.1壓力等效高度按塌落拱假定,在毛洞頂部形成塌落拱跨度為2a和高度為h1的拱形破裂面(見圖1).垂直均布壓力等效高度為h1=0.45×2s-1ω(1)式中,s為圍巖級別;ω為跨度修正系數(shù),ω=1+i(B-5),B為隧道寬度,i為B每增減1m時圍巖壓力增減率,以B=5m圍巖垂直均布壓力為準,當(dāng)B<5m時,取i=0.2,當(dāng)B>5m時,取i=0.1.1.2中夾巖墻變形導(dǎo)致的位移,且根據(jù)初構(gòu)條件確定了第在實際施工時,中間隔離帶頂部圍巖發(fā)生了一定的變形,其中有附加應(yīng)力的作用,也有爆破振動作用引起的豎直向下的位移,支護時間和兩側(cè)隧道掌子面距離也有一定影響,所以隧道松動壓力的計算值應(yīng)在單個隧道結(jié)構(gòu)寬度與2個隧道結(jié)構(gòu)開挖寬度相應(yīng)的松動壓力之間取值.圖2為各種情形下的塌落拱曲線.情形1考慮中夾巖墻變形且失去承載力,以2個隧道結(jié)構(gòu)隧道開挖寬度和中夾巖墻作為毛洞跨度的塌落拱曲線.此情形為最不利情形,其垂直均布壓力等效高度為hw1=h1+h2=0.45×2s-1[1+(B-5)iw](2)情形2不考慮中夾巖墻的變形,取單個隧道結(jié)構(gòu)計算的塌落拱曲線.此情形為最有利的理想情形,其垂直均布壓力等效高度為hh1=h1=0.45×2s-1[1+(0.5B-5)ih](3)式中,hh1,hw1分別為以0.5B,B作為計算寬度時的垂直均布壓力等效高度;ih,iw分別為以0.5B,B作為計算寬度時的圍巖壓力增減率.[1+(B-5)iw],[1+(0.5B-5)ih]為跨度修正系數(shù).情形3考慮中夾巖墻的變形,但有部分承載力,取小凈距隧道假定壓力拱曲線.此情形的垂直均布壓力等效高度在上面二者之間,與中夾巖墻頂部圍巖變形程度等有關(guān).1.3等效高度判定對小凈距隧道淺埋和深埋的分界,主要參照規(guī)范,按荷載等效高度值并結(jié)合地質(zhì)條件、施工方法等因素綜合確定.按荷載等效高度的判定公式為Hp=(2～2.5)hq(4)式中,Hp為深、淺埋隧道分界深度;hq為荷載等效高度,即hq=q0γ(5)hq=q0γ(5)式中,q0為小凈距隧道等效垂直均布壓力,q0=qs+q′,按式(2)進行計算確定其取值.對Ⅳ～Ⅵ級圍巖,分界值取Hp=2.5hq(6)對Ⅰ～Ⅲ級圍巖,分界值取Hp=2hq(7)1.3.1圍巖壓力:k從圖2可以看出,小凈距隧道左、右洞隧道中線之間頂部塌落面積有較大提高(左右隧道塌落拱重疊部分),兩側(cè)拱部塌落面積增加不大,則認為中夾巖墻頂部荷載有較大增加,其分布范圍為左、右洞隧道中線之間.此時,iw與ih相差很小,所以-5iw+5ih=0.隧道頂部垂直壓力及中夾巖墻頂部壓力為q=γhh1=0.45×2s-1γ[1+(0.5B-5)ih]q′=ξγ(hw1-hh1)=ξγh2=0.45×2s-1B(iw-0.5ih)ξγqz=γh′}(8)q=γhh1=0.45×2s?1γ[1+(0.5B?5)ih]q′=ξγ(hw1?hh1)=ξγh2=0.45×2s?1B(iw?0.5ih)ξγqz=γh′???????????(8)式中,q為隧道垂直均布壓力(塌落拱中間段);q′為隧道塌落拱頂部壓力(情形3);qz為中夾巖墻與兩側(cè)拱肩所夾塊體自重荷載;γ為圍巖重度;ξ為附加荷載修正系數(shù),當(dāng)中夾巖墻頂部圍巖下沉少,取ξ=0.2～0.4;反之,取ξ=1,一般情況取ξ=0.5～0.8;H′為隧道埋深,指隧道頂部至地面的距離;h′為隧道中夾巖墻頂至拱腰的高度.作用在襯砌上的隧道兩側(cè)水平圍巖壓力為e1=qtan2(45°-φ2)e2=(q+γΗ)tan2(45°-φ2)}(9)e1=qtan2(45°?φ2)e2=(q+γH)tan2(45°?φ2)}(9)式中,e1,e2分別為隧道拱頂與底部的水平圍巖壓力;H為隧道開挖高度;φ為圍巖計算摩擦角.作用在襯砌上的中間隔離帶頂部兩側(cè)水平圍巖壓力為e1′=(qs+q′)tan2(45°-φ2)e2′=(qs+q′+qz)tan2(45°-φ2)}(10)e1′=(qs+q′)tan2(45°?φ2)e2′=(qs+q′+qz)tan2(45°?φ2)}(10)1.3.2圍巖壓力公式H′≤hq時,如圖2所示,淺埋隧道頂部垂直壓力為qs=γH′(11)作用在襯砌上的隧道兩側(cè)水平圍巖壓力為e1=γΗ′tan2(45°-φ2)e2=γ(Η′+Η)tan2(45°-φ2)}(12)e1=γH′tan2(45°?φ2)e2=γ(H′+H)tan2(45°?φ2)}(12)作用在襯砌上的中夾巖墻頂兩側(cè)水平圍巖壓力為e1′=qstan2(45°-φ2)e2′=(qs+qz)tan2(45°-φ2)}(13)hq<H′≤Hp時,按單洞隧道的荷載確定方法可以求得qs=γΗ′(1-Η′Bλtanθ)(14)式中λ=tanβ-tanαtanβ[1+tanβ(tanφ-tanθ)+tanφtanθ]tanβ=tanφ+√(tan2φ+1)tanφtanφ-tanθ其中,λ為側(cè)壓力系數(shù);θ為滑面摩擦角(見表1).此時,中夾巖墻頂部塊體自重荷載為qz=γh′(15)作用在襯砌上的隧道兩側(cè)水平圍巖壓力為e1=qstan2(45°-φ2)e2=(qs+γΗ)tan2(45°-φ2)}(16)作用在襯砌上的中夾巖墻頂兩側(cè)水平圍巖壓力為e′1=qstan2(45°-φ2)e′2=(qs+qz)tan2(45°-φ2)}(17)2工程實例2.1f9a斷層鶴上隧道為三車道雙洞小間距隧道,最小凈距7.30m,單洞跨度15.05m,左右線長度ZK6+250～ZK6+700,YK6+250～YK6+700,均為450m,高度為8.151m,含仰拱的總高度為10.4m.洞口從外到內(nèi)為Ⅳ,Ⅴ級圍巖,中部F9A斷層附近有40m的Ⅳ,Ⅴ級圍巖,其余均為Ⅱ級圍巖,主要巖性為凝灰熔巖.2.2墻內(nèi)側(cè)壓系數(shù)及重力選取的計算斷面樁號為K6+625m,埋深35m,γ=25kN/m3,計算得到在θ=0.6φ(φ=35°)時,hq<H′<Hp.由式(14)可得側(cè)壓系數(shù)λ=0.3485,tanβ=2.505,垂直壓力qs=605.5kPa;由式(15)可得中夾巖墻自重荷載qz=203.77kPa;由式(16)、(17)可得隧道襯砌上的水平圍巖壓力為e1=163.75kPa,e2=367.875kPa,e′1=163.75kPa,e′2=191.1kPa.2.3拱頂和拱腰的接觸應(yīng)力通過對福州國際機場高速公路上鶴上小凈距隧道接觸壓力數(shù)據(jù)的量測,在圍巖與噴射混凝土之間、初期支護與二次襯砌之間環(huán)向埋設(shè)土壓力盒以量測二襯、初襯和圍巖之間的接觸應(yīng)力,監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,中夾巖墻頂部附近接觸壓力在拱部和拱腰較其他部位接觸壓力大,這充分說明了在中夾巖墻上由于塌落拱疊加,導(dǎo)致附加應(yīng)力增大,即拱頂和拱腰的接觸壓力增大.福州國際機場高速公路部分鶴上小凈距隧道接觸壓力實測值見表2,這些數(shù)據(jù)與計算數(shù)值有一定差別,主要是實際巖體較為發(fā)育,也存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象,所以實際監(jiān)測數(shù)據(jù)偏大,但總體來看,與提出的基于雙塌落拱假定的小凈距隧道荷載模式計算得到的結(jié)果是基本一致的.3深、淺埋小凈距隧道荷載模型的檢驗1)基