双连拱隧道围岩压力分析
偏压双连拱公路隧道围岩稳定性动态预测分析
偏压双连拱公路隧道围岩稳定性动态预测分析Ξ陈秋南1,2, 张永兴1, 陈建功1, 雷序周3(1.重庆大学 土木工程学院,重庆 400044;2.湖南科技大学 土木工程系,湖南湘潭 411201;3.湖南金衢监理公司,湖南长沙 410073)摘要:由于高速公路偏压双连拱隧道的复杂地质条件,会给隧道安全施工带来严重威胁,提出在加强隧道开挖现场监控量测的基础上,以位移量测结果作为学习样本,应用BP 神经网络预测隧道围岩位移的大小,分析围岩的稳定性。
由于BP 神经网络能综合考虑隧道围岩节理、裂隙等对围岩位移的影响,所以与有限元反分析法计算隧道围岩位移结果比较,显示BP 神经网络预测结果的误差较小,预测值与实际测量值趋于一致,因此应用BP 网络预测偏压双连拱隧道围岩位移,超前分析其稳定性是安全可靠的,该预测方法的预测结果可以指导现场的施工。
关键词:隧道工程;BP 神经网络;动态预测;偏压双连拱隧道;稳定性中图分类号:T U451 文献标识码:A 文章编号:1006-7329(2005)01-0062-05Prediction Analysis of Surrounding R ocksStability for N on -symmetric Double -Arch H ighw ay TunnelCHE N Qiu -nan 1,2,ZHANG Y ong -xing 1,CHE N Jian -g ong 1,LEI Xu -zhou 3(1.C ollege of Civil Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400045,P.R.China ;2.Department of Civil Engineering ,Hunan U 2niversity of Science and T echnology ,X iangtan 411201,Hunan P.R.China ;3.)Abstract :During the construction of non -symmetric double -arch rock highway tunnel ,the com plicated geological condition may affect the safety of the constructor and the engineering quality.In this paper ,tw o treatment methods are put forward.At first ,the site m onitoring of surrounding rock displacement must be carried out ,then ,BP neural netw ork is applied in predicting the displacement of surrounding rock based on the learning sam ple of measured val 2ue ,s o the stability of surrounding rocks may be analyzed and forecasted.During the analysis of BP neural netw ork ,the effects of joint and fracture of surrounding rock on displacement can be com prehensively considered ,com paring the predicted values of displacement with those by FE M.The results show that not only the predicted error of BP neural netw ork is relative small ,but the predicted values of surrounding rock displacement are close to measured ones.S o ,the predicted values of BP neural netw ork are reliable and may guide the engineering construction in site.K eyw ords :tunnel engineering ;BP neural netw ork ;dynamic prediction ;non -symmetric double -arch tunnel ;stability处于复杂地质条件下的偏压双连拱隧道,由于该连拱隧道左右洞不对称,尺寸大小不一,施工过程中结构有产生偏压和不对称受力的可能,而隧道跨度和开挖的断面大,围岩易松动可能造成塌方或冒顶现象,这给施工带来了不少困难,因此不仅必须寻求合理的施工技术方案,确保施工安全,而且按照NAT M 法施工原则,应当开展现场量测工作,一边施工一边修改设计,分析隧道围岩变形的现场量测结果,从而对隧道围岩变形进行动态的预测预报,达到指导施工的目的[1]。
双连拱隧道围岩力学特性数值模拟分析
中图分类 号 ：４ １２ Ｕ ５ ．
文 献标识 码 ： Ａ
１ 概
述
黄土 由于其特殊 的形成条件 ， 天然状态下具有低容重、 低含水量和高空隙的特点。黄土的空隙率一般为
３％ 一 ４ ， 常具有 虫 孔 、 物根 孔构 成垂 直方 向 的管 道 ， 土 的这 种 大空 隙和 柱 状垂 直 节 理 构 成 了黄 土 ３ ６％ 且 植 黄 的主要特点 。
２ 公 路 隧 道 的 设 计 与 施 工特 点
公路隧道的设计 与施工特点非常明显。虽然我们在大量的工程实践 中积累了丰富的经验 ， 但在黄土中 修建连拱隧道还有待解决 的问题仍然很多， 而且随着隧道工程增 多， 新问题也不断涌现。尽管黄土地下建筑 在我国已有几千年的历史 ， 但是对其设计计算理论进行系统 的研究 ， 还是从 ６ Ｏ年代初 开始 的。由于 以往在 地下洞室设计计算所采用的唯一模型是 “ 荷载 一 结构” 模型 ， 即把作用衬砌上 的围岩压力作为外加荷载 ， 只 要荷载确定了， 则就像地 面建筑那样 ， 利用结构力学理论 ， 进行衬砌 的设计计算。所 以在地下洞室 的设计计 算中， 围岩 压力 的确 定就 成 为 问题 的关 键 。黄 土地 下洞 室 也不 例 外 ， 土 洞室 设 计 计算 理 论 的研究 ， 黄 主要 有
３ 连 拱 隧道 设 计理 论
高速公路中的双向连拱隧道断面一般要考虑行车道宽 、 两侧路缘带宽、 中隔墙宽、 建筑限界高度等因素。 由于跨度大、 结构复杂， 开挖与支护交错进行， 使得 围岩应力变化和支护荷载转换变得尤为复杂。当前可借 鉴的工程经验较少 ， 设计和施工方法都还很不成熟 ， 尤其是黄土地段 的施工， 尚处于摸索和积累经验的阶段。
要 ： 某黄 土 连拱 隧道 为研 究 背号 ， 以 通过 数值 模 拟 ， 隧 道 围岩 在 施 工过 程 的 应 力和 应 变 对
双连拱隧道几个特殊问题的处理措施
双连拱隧道几个特殊问题的处理措施、连拱隧道Ⅱ类围岩一般采用ф108超前管棚支护，但如果管棚设计太长大于40M，且洞口位于曲线上，一次施工很难保证安装位置准确，也可以在洞内开挖洞室，分两次施工，因此水平钻机操作平台必须牢固、安全，相连两接头不允许在一个断面上。
终压1.52.0Mpa 2、初期支护要遵循短进尺，早封闭的原则，必须一炮一支，防止围岩爆露太长而引起的坍方，特别是正洞下部开挖，钢架接脚时要控制好进度（不能过长）绝不能使拱部初期支护长距离或连续长时间悬空，钢架架立要控制在2小时以下(工艺安全、人身安全)。
3、隧道内的超前支护，注浆锚杆，除加固围岩的同时，也一定起堵水的作用（要有这个认识）。
所以说联拱隧道结构上的特点决定了其施工过程中必然会有不同于单拱隧道的特殊性问题，如何科学的处理好特殊问题，是安全、优质的施工好连拱施工过程中必须根据具体情况，科学、合理、灵活的选择处理方案。
4、中侧导洞断面的选择中侧导洞为安全开挖正洞而首先贯通的辅助导洞，其断面大小；在设计上一般没有严格的要求，选择断面主要是考虑导洞开挖施工机械配备情况，在单口开挖长度大于100M时的情况下，一般采用装载机配汽车出渣，断面宽度最好在5.5M左右，在单口长度小于100M的情况下，4M 宽就可以满足要求，中导洞的高度一般比中隔墙高出0.5M即可。
5、中隔墙的水平推力平衡上、下正洞在中导洞施工结束后开始开挖上下行线的正洞太低不利于种隔墙施工，太高会造成中隔墙顶会填量大，且不利于安全，侧洞同样。
为减小开挖施工的相互影响，上下行线的开挖施工，不能齐头并进。
必须一前一后错开40M左右。
这样在上、下行线两个开挖面之间一侧正洞的初期支护已完。
而另一侧支护还未施工，该段中隔墙必须要受到一个向未开挖一侧的水平推力，为了中隔墙的施工安全，在中隔墙上要打临时支撑。
支撑可用方木或钢管纵向间距2米一排，必须支撑牢固，开挖另一侧时再拆除。
6、中隔墙防水设计图中隔墙的排水方案顶部设一条ф80的纵向透水管，每隔几米用硬塑引管将水引至水沟中，中隔墙平铺防水板将水引至排水沟。
岔道1号双连拱隧道围岩压力及支护应力量测
可以达到标高控制 的 目的。本文 以京杭运河 特 的偏差值 。梁顶 、 底标高 与理论值 误差在 ２ ｔ 以内。与理论要 来 确定 立模 标高 ， ０ｍｉ ｔ 大桥 （ 跨径为 ６ ４ｍ＋１８ｍ＋６ ０ ４ｍ连续梁 ） 为依 托 ， 采用最简单 的
参数识别 与调整的方法 ， 细的分析 了施工 过程 中影 响变形 的因 详 提出了简单实用 的处理方法 ， 可供施工技术人 员借 鉴。 京杭运河特 大桥 连续 梁按 先合龙 边跨 后合 龙 中跨 的顺 序依 素 ，
为钢支撑选 型设计提供 依据 。４ 对 二衬进行 ） 处 理不 当会 出现坍 塌 ， 壁经 常小坍 塌 ， 侧 并有溶 洞存在 。雨季 时 钢支撑受力 的大小 ， 内力量测的 目的在 于 ： 了解二 衬 的受力 ； 断支 护结构 长期 使用 判 有滴水现象 。地 质条件 差 ， Ⅳ， 属 Ｖ级 围岩 。隧道从 两 座 山丘 间 检验 二衬 设计 的合 理性 ， 累资料 为检 积 的垭 口处通 过 ， 一侧 山势较高 ， 另一侧 山势较低 ， 形成 明显 的 自然 的可靠性 以及安全程 度 ； 偏压 ， 隧道采用三 导洞 超前开挖 ， 工工序繁 多 ， 施 施工过程 中各工 验类 比提供依据 。
５ １ 整体 线形 ．
次进行 合龙施工 。由各合龙段两 端梁体高 差偏差可 知 ： 差偏 差 高
合龙 精度 良好 。 全桥张拉完成 后对全桥线形进 行了联合测量 ， 并根据全 桥张 均 小于允许偏差 ， 标 高是 悬臂浇筑 施工 的主 要控 制 内容 之一 。通 过 调整变 形 拉完成 后梁 体理论标 高 ， 出梁 体顶 面 、 面和梁 高与理 论数 值 得 底 求吻合较好 ， 总体控制精度 良好 。
测 ；． Ｃ采用锚杆抗拔计进 行锚杆抗 拔试验 。２ 选测 项 目： ． ） ａ 应力 、
双联拱隧道结构模型数值分析与优化设计
双联拱隧道结构模型数值分析与优化设计双联拱隧道是一种结构形式，在地下工程中广泛应用于交通、水利等领域。
为了保证双联拱隧道的安全和稳定性，需要进行数值分析和优化设计。
本文将介绍双联拱隧道的结构模型、数值分析和优化设计的方法。
双联拱隧道主要由拱顶、围岩、拱脚等组成，其结构模型可简化为弹性体系。
拱顶和围岩可以采用弹性模型，而拱脚则可以采用刚性模型。
双联拱隧道的结构模型可以通过有限元方法建立。
有限元方法将整个结构分割成有限个单元，每个单元内的应力和变形由节点处的位移值决定。
通过求解有限元方程组，可以得到双联拱隧道的应力和变形情况。
双联拱隧道的数值分析主要包括静力分析和动力分析。
静力分析是指在静止状态下双联拱隧道受到外界荷载的作用，分析其应力和变形情况。
静力分析可以通过施加一定的荷载条件，求解有限元方程组得到。
动力分析是指双联拱隧道在动态荷载作用下的响应情况。
动力分析需要考虑地震、风荷载等动力荷载，并采用地震响应谱法等方法求解。
通过数值分析，可以获得双联拱隧道的应力和变形分布，进而评估其安全性和稳定性。
双联拱隧道的优化设计主要包括结构参数优化和材料优化。
结构参数优化是指对双联拱隧道的几何尺寸进行优化，以提高其整体性能。
结构参数优化可以通过遗传算法、粒子群算法等优化算法进行求解。
材料优化是指选用合适的材料，以提高双联拱隧道的强度和稳定性。
材料优化可以通过试验和数值模拟两种途径进行。
试验可以获得不同材料的力学性能参数，进而进行数值模拟。
数值模拟可以采用有限元方法进行，通过对不同材料的应力-应变曲线进行分析，来评估其性能。
优化设计可以通过多目标优化方法进行，以综合考虑不同的设计指标。
浅埋大跨度双连拱隧道施工力学响应分析
根据 本 隧 道 的具 体 设 计 情况 ， 隧道 支 护 采 用 复 合式 衬砌 ， 根 据勘 察设 计文 件 ， 隧道设 计 的总 体原则 按新 奥法 原理 设计 ， 以锚杆 、 喷射 混凝 土 、 钢筋 网 、 钢
岩， 整体 结构 较 为松 散 ， 强风 化 岩 石 较 为 破 碎 ， 稳 定
市政道路 中广泛应用 。特别是 在临近市郊 的高
速公 路 或市 政公 路 中 ， 由于征地 拆迁 较 为 困难 ， 且 受
城 市规 划 的影 响 ， 许 多公路 线形 走 向受其 影 响 ， 调整
余地 较小 ， 当需要 以隧道 形式 通 过某 特 殊 区域 （ 如景 区、 厂区 、 上跨公 路 等 ） 时， 双连 拱 隧道 可 避免 洞 口路 基分 幅 、 减少征地 拆迁 、 保持 路线线 性流 畅 、 断 面美观 且 对其上环境影 响较小 等优点就显 得尤为 突出 。 双 连 拱 隧 道也 有 其 自身 的缺 点 ， 主 要 集 中在 结 构 受力 状态 复 杂 、 施 工难 度 较 大 、 施工工序复杂 、 工 期 较 长等方 面 Ｊ 。随着 施 工 机 械 的发 展 、 施 工经 验 的积 累 以及施 工工 序 的优 化 ， 双 连 拱 隧 道 在施 工 中
依托工程为 双 向 ６车道双连拱 隧道 ， 隧道 （ 单
洞） 路 面 净宽 １ ． ０＋３×３ ． ７ ５＋０ ． ５＝１ ２ ． ７ ５ ｍ， 隧道 （ 单洞 ） 净宽 １ ４ ． ９ ６ ｍ， 隧道 进 出 口桩 号分 别为 Ｋ１ １ ＋
隧道围岩压力的监测与分析
隧道围岩压力的监测与分析1.监控量测的重要性自从奥地利的拉布西维兹(V.Rabcewicz)于1948年提出新奥法以来，新奥法已在我国各山岭公路隧道中得到了广泛应用。
众所周知，监控量测作为新奥法的三要素之一，对于隧道施工安全和施工过程控制都起着至关重要的作用。
浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法，继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上，又于1986年在具有开拓性，风险性，复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用，在拆迁少、不扰民、不破坏环境的条件下获得成功。
之后，又经过工程实践，提出了“管超前，严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的“18字方针”，突出时空效应对防塌的重要作用，提出在软弱地层快速施工的理念，由此形成了浅埋暗挖法。
监控量测工作也在这一工法中起到了很大的作用。
盾构法是用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。
对于庞大的盾构机，其中顶推力，泥浆压力，盾尾注浆压力，衬砌沉降等均需要进行监控量测。
由此可以看出，目前无论是在山岭隧道还是在城市地铁的修建中，监控量测已经是施工中一项重要，不可缺少的工作。
2.监控量测的目的监控量测的目的主要有三种，包括优化施工顺序、施工安全和科学研究。
通常在隧道施工过程中，相关四方包括建设方、设计方、施工方和监理方最关心的就是隧道施工安全，而优化施工顺序也是必不可少的，如果需要为相似工程提供更多的经验和数据，以进一步指导隧道设计和施工，则需进一步进行相关的科学研究。
本文主要以山岭隧道的监控量测为主来介绍监控量测的目的。
2.1 优化施工顺序如果单从优化施工顺序来说，我们最关心的是隧道围岩变形的情况。
所以从这个角度出发，监测项目中的变形监测项目是需要重点选择的。
从施工经验出发，一般选用的监测项目是周边收敛和拱顶下沉，可以说这两个项目在一般隧道监测中都是必不可少的。
因为根据《公路隧道施工技术规范》(JTJ042-94)规定[2]，判定围岩变形是否稳定主要靠这两项数据，通过其决定下一步采取何种施工方案。
浅埋双连拱隧道围岩—边坡体系变形机理及稳定性分析
（ｔｔ Ｌ ｂｒｔ ｙｏ ｏａａｄＰｅ ｎｉ ｎ ｅｅｖ ｏｍ ｎ Ｐｏｅ ｉ ，Ｃ ｅｇ ｕＵ ｉｒ ｔ ｏ ｅｈｏ ｇ ，Ｃ ｅｇ ｕ ６ ０５ ） Ｓ ｅ ａｏａｏ Ｇ ｈ ｚｒ ｒ ｅｔ ｎａｄＧ ｏｎｉ ｎ ｅｔ ｒｔ ｔ ｎ ｈｎｄ ｎ ｅ ｉ Ｔｃｎｌ ｙ ｈｎｄ １０ ９ ａ ｒ ｆ ｅ ｖ ｏ ｒ ｃｏ ｖ ｓｙｆ ｏ
ｇ ｏｏ ｉ ａ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｅ ｌ ｇｃ ｎ ｌｓｓ ａ ｄ ｎ ｍｅ ｃ ｌｓ ｌ ｉ ｍｕａ ｉ ｔ ｏ ．Ｔ ｅ ｓｒ ｓ — ｓ ａｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ｎ ｎ ｏ ｋ ｍａ ｓａ ｅ ｅ — ｏ ｈ ｔ ｓ ｔ ｉ ｒｃ ｓｅ ｆｌ ｉ ｇ ａ ｄ ｒ ｃ ｓ ｒ ｘ ｅ ｒ ｉ
ａ ｍｉ ｒ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｕ ｅ Ｔ ｅ ｅｏ ｅ ｔｉ ｄｆ ｃ ｌ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｄ ｕ ｄ ｒｕ ｓ ｍｍｅｒｃ ｌｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｏ ｌｘ ｍａ ｅ ｗｏ ｋ ｎ ｒ ｃ ｄ ｒ ． ｈ ｒ ｆｒ ，ｉ ｓ ｉ ｕ ｔ ｏ ｂ ｏ ｓ ｃｅ ｎ ｅ ｎ ｙ ｉ ｒ ｔ ａ ｒ ｓ ｕ ｅ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｅ ｉ
同时 ， 受到地形偏压影响 ， 隧道开挖后 衬砌和 围岩表 现为沉 降变 形和 侧 向变形 ， 口边坡 在隧 道围岩 变形 的诱 导下 ， 进 表现 为 “ 蠕滑 一拉裂” 变形破裂 。根据 以上研究成果 ， 提出了富溪隧道变形治理应 以控制进 口段 隧道拱 顶的变形为主。 关键词 双连拱 隧道 中图分类号 ：Ｄ ２ ． Ｔ ８４ ７ 偏压 围岩一 边坡体系 蠕滑 一拉裂 文献标识码 ： Ａ
（ 成都理工大学地质灾害 防治与地质环境保护 国家重点实验室 摘 要 成都 ６ ０５ ） １０ ９ 双连拱隧道是一种新的隧道形式 ， 由于其整体 跨度 大 、 构复 杂 、 工工序 繁琐 ， 结 施 在地形 偏压 、 地质 条件复 杂 的情 况
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
双连拱隧道围岩压力分析
摘要：在双连拱隧道施工过程中，由于围岩应力重分布，围岩的性质较复杂且变化多、人为的因素对围岩性质影响大等因素，事先无法估计。
因此，采取理论分析，经验判断相结合方法，指导斑竹园双连拱隧道的施工。
关键词：隧道，双连拱，围岩，压力
一、工程概况
斑竹园双连拱隧道位于安徽省金寨县斑竹园镇，设计为高速公路双连拱隧道，净宽10.75m，净高5.0m，隧道长度269.00m，进口位于六武高速公路K80+904，出口位于K81+173，隧址区属低山地貌，海拔250~310m。
隧址区岩性主要为花岗片麻等变质岩，全风化层厚约2.0m，强风化层厚2.0m～4.1m，节理、裂隙较为发育，多为张开或微张开，有泥质充填物，岩体呈碎块状松散结构。
主洞采用上下台阶开挖法开挖支护，开挖顺序：中导洞（中隔墙）右洞上、下台阶左洞上、下台阶。
二、围岩压力分析
在设计隧道的结构体系时，一般有两种计算模型，一类是以支护结构作为承载主体，围岩对支护结构的变形起约束作用，称为荷载结构模型。
另一类以围岩为承载主体，支护结构限制围岩向隧道内变形，它将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的隧道结构体系，称为地层荷载模型。
隧道开挖前，岩体处于初始应力状态，开挖隧道后引起围岩应力的重分布，以及围岩的自然成拱作用形成天然拱。
根据两种模型可以。