隐式中墙复合式连拱隧道CD法施工模型试验研究_张万斌.pdf
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1、49材料与技术Material&Technology2023NO.05收稿日期:2023-02-23作者简介:张万斌(1968),男,重庆人,本科,高级工程师,主要从事地下工程及隧道工程设计和研究工作。ExperimentalStudyontheConstructionModelwithaCDMethodforCompositeMulti-archTunnelswithRecessedCentralWallZhangWanbinAbstract:Toinvestigatethedeformationofsurroundingrocksandthestresscharacteristicsoft
2、heinitialsupportstructureduringtheconstructionprocessofanewtypeofmulti-archtunnelthecompositemulti-archtunnelwithrecessedcentralwallusingtheCDmethod,thispaper,basedontheChongqingShapingbaRailwayStationComprehensiveTransportationHubProject,reproducesthetunnelconstructionprocessthroughmodeltests,andan
3、alyzesthedeformationofsurroundingrocksandthestresschangelawoftheinitialsupportstructureunderdifferentexcavationsteps.Theresultsindicatethat:(1)themodeltestverifiesthesettlementlawofthesurroundingrockafteroptimizingtheconstructionsequenceinthenumericalsimulation,andthemeasuredsettlementvaluesareconsi
4、stentwiththenumericalsimulationresults;(2)Whentheinitialsupportstructureofamulti-archtunnelissubjectedtoloadingfailure,thevariablecross-sectionabovethecentralwallismostlikelytocrackandstraightjointsquicklyform,whichverifiesthenecessityoftakingoptimizationmeasuresforthecentralwall;(3)Whentheinitialsu
5、pportstructureofthemulti-archtunnelisbeingloaded,itsinternalforcevaluesarerelativelysmall,whichisbasicallyconsistentwiththenumericalsimulationresultsandmeetsthedesignrequirements.Keywords:multi-archtunnel;recessedcentralwall;modeltesting;CDmethod;stressdeformation0 前言目前国内外连拱隧道存在开挖步序多,施工组织繁琐、施工效率低下、防
6、排水效果差、投资高等缺点,大大制约了连拱隧道在地下工程中的应用1。如何解决复杂城市环境下特大异形连拱隧道的设计和施工的难题,是国内外,特别是我国城市化进程中面临的紧迫课题。重庆沙坪坝站枢纽项目站西站东路下穿道位于繁华市中区,交通疏散难度大,考虑工期要求以及施工安全采用一种新型连拱隧道结构隐式中墙复合式连拱隧道2-4,工程采用 CD 法开挖,该施工方法当前可借鉴的工程经验较少,加之双连拱隧道跨度较大,结构复杂,开挖和支护交错进行,使得围岩应力变化和支护荷载转换变得尤为复杂,所以有必要针对该开挖方法中隧道开挖过程中先行洞和后行洞初支结构的受力和变形展开相应的研究,为隧道的设计提供理论依据。通过前期
7、数值模拟3已经初步掌握了采用 CD 法开挖时该连拱隧道在不同开挖步序下初期支护结构的变形特点。科学研究需要相应的力学实验加以验证,通过精确的室内相似模型试验,可更为准确地掌握隧道结构的受力和变形情况。本次相似实验的主要目的是通过室内试验掌握 CD 法开挖时在不同开挖步序下毛洞上部土体的沉降,尤其是中隔墙顶部围岩的沉降大小以及连拱隧道初支结构在不同荷载下的受力和变形特点。1 实验原理及相似关系1.1相似原理相似模型试验研究是根据相似理论5,使用与天然围岩以及隧道原型物理力学性质相似的人工材料,按工程实际原型,以一定的比例缩小成模型,然后在模型中按相似比制作相似模型,并观测其变形、应力和破坏等情况
8、。1.2试验相似关系本次试验采用 1/28 的几何相似比和 1/1 的容重相似比,根据相似理论推得泊松比、应变、摩擦角、强度、应力、凝聚力、弹性模量等的相似比如下:几何相似比:28LC=;容重相似比:1rC=;泊松比、应变、摩擦 角 相似比:1CCC=;强度、应力、凝聚力、弹性模量相似比:28RCECCCC=。doi:10.3969/j.issn.1671-9107.2023.05.49引文检索:张万斌.隐式中墙复合式连拱隧道 CD 法施工模型试验研究 J.重庆建筑,2023(5):49-53.隐式中墙复合式连拱隧道 CD 法施工模型试验研究张万斌(中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司,重庆
9、400030)摘 要:为了深入研究新型连拱隧道隐式中墙复合式连拱隧道 CD 法施工过程中,围岩变形和初支结构的受力特征,该文依托重庆沙坪坝站铁路综合交通枢纽工程,通过模型试验再现了隧道施工过程,分析了不同开挖步序下围岩的变形以及初支结构的受力变化规律。结果表明:(1)模型试验验证了数值模拟中对施工步序优化后围岩的沉降规律,实测沉降数值与数值模拟结果相符合;(2)双连拱隧道初支结构在加载破坏时,中墙上方的变截面处最容易开裂,并迅速形成通缝,验证了需对中墙采取优化措施的必要性;(3)双连拱隧道初支结构加载时,其内力值均较小,与数值模拟结果基本吻合,满足设计要求。关键词:连拱隧道;隐式中墙;模型试验
10、;CD 法;受力变形中图分类号:U451 文献标识码:A 文章编号:1671-9107(2023)05-0049-05Chongqing Architecture50第 22 卷 总第 235 期1.3相似材料的研制(1)围岩材料沙坪坝站铁路综合交通枢纽工程,站西站东路下穿道隧道围岩级别为 V 级,主要为人工填土、粉砂岩、泥岩和砂岩。经对砂岩和泥岩以及 V 级围岩相似材料调研,拟采用:混合砂和机油制备围岩相似材料,其中混合砂采用普通砂和 ISO 标准砂按1:1 配合而成。(2)模型材料模型材料采用特定水膏硅藻土配比材料。原型隧道衬砌为C25 混凝土,经过大量的材料配比试验,相似材料最终采用配合
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