公路隧道設(shè)計與施工新法及其應(yīng)用

前言

　　通過近兩個世紀(jì)的探索，山嶺隧道建設(shè)形成了多種設(shè)計理論和工法，如新奧法、淺埋暗挖法、礦山法等。這些設(shè)計理論和工法在實踐中發(fā)揮了十分重要的作用，但也出現(xiàn)了一些問題，甚至是血的教訓(xùn)。作者在總結(jié)近千座隧道工程的成功經(jīng)驗與教訓(xùn)及分析延安窯洞和龍游石窟等歷史經(jīng)典工程成功實例的基礎(chǔ)上，得出如下基本認(rèn)識：（1）隧道工程結(jié)構(gòu)與材料組合設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)全過程都必須與周圍相關(guān)環(huán)境協(xié)同作用，井符合結(jié)構(gòu)強度、剛度和穩(wěn)定等力學(xué)規(guī)律，然而后兩者往往容易被忽視。特別是在施工、養(yǎng)護(hù)中的每個步驟或者使用過程中的每時段，隧道圍巖、支護(hù)和材料組合都必須滿足三維力學(xué)平衡、三維力與變形協(xié)調(diào)及三維變形協(xié)調(diào)與穩(wěn)定（否則會改變?nèi)S力學(xué)平衡形式）。（2）在滿足自然規(guī)律條件下，應(yīng)充分發(fā)揮主觀能動性，尋找或選擇合適的方法、手段、材料、結(jié)構(gòu)形式等，以確保工程質(zhì)量與安全。如果某個過程甚至某個時段不符合力學(xué)規(guī)律，就容易造成工程失效事故?！　∫孕聤W法為代表的現(xiàn)代工法，提出了保障隧道圍巖穩(wěn)定的基本理念，即“充分發(fā)揮圍巖的自承能力”。實踐中應(yīng)該把復(fù)雜工程問題轉(zhuǎn)化為簡單力學(xué)問題，并注重施工養(yǎng)護(hù)工藝和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，采用“基本維持圍巖原始狀態(tài)”的理念，使隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用以達(dá)到足夠強大，形成穩(wěn)定的平衡體系，避免圍巖出現(xiàn)有害的過大變形，實現(xiàn)“基本維持圍巖原始狀態(tài)”，達(dá)到“充分發(fā)揮圍巖的自承能力”和確保隧道長期穩(wěn)定的目的。

內(nèi)容概要

本書主要介紹公路隧道的設(shè)計及新奧法、淺埋暗挖法：礦山法等隧道施工方法及其應(yīng)用，并闡述了隧道圍巖穩(wěn)定基本理念、隧道受力的獨立性、隧道施工合理工法的選擇、不合理工法導(dǎo)致的災(zāi)害問題、復(fù)雜條件下隧道工法的研究、隧道圍巖穩(wěn)定與施工安全技術(shù)、結(jié)構(gòu)襯砌與防水設(shè)計及隧道特殊問題等?！　”緯晒┧淼涝O(shè)計與施工技術(shù)人員使用，也可供相關(guān)院校師生參考。

書籍目錄

第1章　隧道圍巖變形與支護(hù)平衡　1.1　隧道圍巖變形與支護(hù)機(jī)理　1.2　隧道圍巖的變形破壞特征和支護(hù)對策　　1.2.1　圍巖的變形破壞特征　　1.2.2　圍巖的加固支護(hù)對策　1.3　隧道圍巖的平衡穩(wěn)定問題　　1.3.1　平衡概念　　1.3.2　不穩(wěn)定平衡工程事故分析　1.4　洞室圍巖穩(wěn)定經(jīng)典歷史工程實例第2章　隧道圍巖穩(wěn)定基本理念及其應(yīng)用　2.1　隧道圍巖穩(wěn)定的基本理念　2.2　隧道預(yù)支護(hù)原理與相關(guān)理論及拓展　2.3　預(yù)支護(hù)應(yīng)用分類　　2.3.1　自承能力好的完整圍巖　　2.3.2　有一定自承能力的圍巖　　2.3.3　自承能力差的破碎圍巖或軟弱圍巖　　2.3.4　特殊環(huán)境隧道開挖問題　2.4　自穩(wěn)性好圍巖的預(yù)支護(hù)原理應(yīng)用　　2.4.1　完整硬質(zhì)圍巖　　2.4.2　穩(wěn)定性一般的Ⅱ和Ⅲ級硬質(zhì)巖及穩(wěn)定性較好的IV級圍巖　2.5　淺埋自穩(wěn)差圍巖的預(yù)支護(hù)原理應(yīng)用　　2.5.1　淺埋預(yù)支護(hù)圍巖特征曲線研究　　2.5.2　淺埋預(yù)支護(hù)應(yīng)用　2.6　深埋自穩(wěn)性差的圍巖預(yù)支護(hù)原理應(yīng)用　　2.6.1　概述　　2.6.2　鋼拱架的受力分析和支護(hù)形式的確定　2.7　深埋大變形圍巖的預(yù)支護(hù)原理應(yīng)用　　2.7.1　大變形隧道支護(hù)技術(shù)　　2.7.2　大變形支護(hù)方案　　2.7.3　烏鞘嶺隧道F7斷層段軟弱圍巖大變形控制施工技術(shù)第3章　隧道受力獨立性　3.1　隧道結(jié)構(gòu)受力獨立性概念　3.2　連拱隧道結(jié)構(gòu)受力獨立性的設(shè)計與施工　　3.2.1　隧道跨度對圍巖穩(wěn)定影響　　3.2.2　傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造　　3.2.3　發(fā)改進(jìn)結(jié)構(gòu)構(gòu)造　　3.2.4　前人的經(jīng)驗與教訓(xùn)　　3.2.5　優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造　3.3　雙車道連拱隧道模型合理結(jié)構(gòu)構(gòu)造試驗研究　　3.3.1　模型結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計　　3.3.2　連拱隧道傳統(tǒng)、改進(jìn)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造模型試驗　3.4　小凈距隧道受力獨立性設(shè)計與施工　3.5　小凈距隧道受力獨立性研究　　3.5.1　試驗裝置　　3.5.2　模型試驗方案　　3.5.3　試驗結(jié)果與分析　　3.5.4　模型試驗基本認(rèn)識第4章　隧道施工合理工法選擇　4.1　隧道工法臺理性判別原則　4.2　遵循基本理念　4.3　正確運用預(yù)支護(hù)原理　4.4　預(yù)防隧道局部破壞引發(fā)整體失穩(wěn)問題　4.5　開挖能量最小原理　4.6　應(yīng)用說明　　4.6.1　幾種施工方法的應(yīng)用　　4.6.2　具體案例說明　　4.6.3　小凈距隧道的開挖　　4.6.4　V級圍巖施工工法　　4.6.5　鐵路高陽寨隧道發(fā)生滑坡　　4.6.6　二襯開裂有關(guān)問題　　4.6.7　“體穩(wěn)定與隧道穩(wěn)定　　4.6.8　其他專家或工程經(jīng)驗的借鑒第5章　不合理工法導(dǎo)致的災(zāi)害問題　5.1　某些公路隧道工程實踐與認(rèn)識　5.2　某城市地鐵或道路隧道塌陷問題　　5.2.1　工程事故分析　　5.2.2　防止事故的工程措施　　5.2.3　司類工程借鑒　5.3　某深基坑大面積塌陷問題　……第6章　復(fù)雜條件下隧道工法研究第7章　隧道圍巖穩(wěn)定與施工安全技術(shù)第8章　結(jié)構(gòu)襯砌與防水設(shè)計第9章　隧道特殊問題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　特征曲線法又稱“收斂一約束”法。它是伴隨著噴錨等柔性支護(hù)的應(yīng)用和新奧法的發(fā)展，進(jìn)一步解釋圍巖和支護(hù)相互動態(tài)作用過程的一種理論和方法。對于指導(dǎo)支護(hù)施工、保證隧道穩(wěn)定和支護(hù)評價都發(fā)揮了重要作用，由于收斂-約束法的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地掌握隧道圍巖收斂曲線和支護(hù)約束線，因而如何合理模擬隧道支護(hù)反力與隧道周邊徑向位移的關(guān)系曲線，與地應(yīng)力、圍巖力學(xué)特性和隧道斷面均有很大的關(guān)系。一般對收斂-約束法的研究基本分為現(xiàn)場實測、數(shù)值計算和解析方法。其中，現(xiàn)場實測圍巖特性曲線是在某一隧道中安設(shè)不同剛度的支護(hù)，測出各種支護(hù)條件下隧道周邊位移及該處支護(hù)壓力的關(guān)系，然后根據(jù)支護(hù)各個時刻的位移與壓力值繪出各支護(hù)的特性曲線，即得該時刻的圍巖穩(wěn)定特性曲線。然而，在同一隧道采用截然不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)的一般無法操作，同時某些支護(hù)的壓力也很難直接量測出來，因而直接利用上述基本原理繪制巷道圍巖特性曲線的方法難以實現(xiàn).解析方法中，由于圍巖特性曲線中只有圓形隧道才有解析解，對馬蹄形隧道只能近似地將其轉(zhuǎn)換成圓形，加上圍巖原始數(shù)據(jù)、原始應(yīng)力場、初始位移等的確定問題，使得在一般襯砌標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計中難以應(yīng)用。因此，很多學(xué)者采用有限元、有限差分等方法對不同埋深、不同圍巖級別下的隧道毛洞的圍巖特征曲線進(jìn)行了研究，得出各種情況下圍巖特性曲線的變化規(guī)律，為特性曲線法在隧道襯砌設(shè)計中的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。但在淺埋破碎等大量節(jié)理發(fā)育的圍巖中，節(jié)理的組成和走向往往會對實際圍巖位移及支護(hù)力的關(guān)系產(chǎn)生極大的影響，利用離散單元法探討節(jié)理圍巖的特征曲線將對實際工程提供重要的參考。

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