黄土隧道支护设计与关键施工技术二

黄土隧道支护设计与关键施工技术长安大学陈建勋教授2017全国桥梁与隧道建设关键技术创新成果研讨会1研究背景2黄土隧道变形规律3黄土隧道支护结构设计4黄土隧道施工技术5工程应用6结束语1研究背景

全世界黄土分布约有1300万平方公里，占陆地面积的9.3%。黄土分布黄土主要分布在北半球的中纬度干旱及半干旱地带，南半球分布在南美洲一些国家和新西兰。

中国是世界上黄土分布最广、厚度最大的国家，面积约64万平方公里。主要分布在陕西、山西、宁夏、甘肃、青海等五个省区。黄土地区沟壑纵横、梁峁起伏、地形条件复杂。交通建设必然会遇到大量的黄土隧道！黄土(l托oe折ss陵)是第凡四纪精沉积唇物，筋与岩秆石地园层相陈比，咏具有典型采的工徐程特遣性。垂直若节理穴发育香、多闸孔、少结构斥疏松读、密工度低姻，未扰乖动时困强度忧较高苏，遇赞水易翠崩解驰、剥投落，保多具饶湿陷侵性。黄土分层及柱状节理发育黄土山体开裂马兰黄土球粒架空孔隙结构初期姨支护许侵限拖，净场空不丢足洞内枕坍塌地表冻开裂常见狂工程傍问题衬砌逮开裂极易铅侵限都是变形惹的朋祸！可见匆，岩聋石隧鸣道的猎修建右技术犬不完例全适暮用于盯黄土是隧道哀！浅埋当时不知易形络成承酷载拱洞内鲜塌方衬砌顺开裂（十住黄九呢裂）地表因开裂深埋时扰动霸区域旅大初期氧变形庙速度醋快，棕变形长量大二次戚衬砌锦施作尚时机网不当控制弱变形黄土雪隧道寒变形联规律基议础施工锚杆说的作鸡用设计初期教支护嗓结构演型式黄土趋隧道数施工侍方法机歌理黄土撇隧道冬主要占的研附究问规题20皱05年以寻来长产安大狠学课悦题组邻长期犹致力呜于黄计土隧岗道修捕建技廊术研况究序号项目名称起止时间任务来源1黄土隧道支护设计与关键施工技术研究2005-2010陕西省交通运输厅2西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究2007-2011交通运输部3土质隧道不设系统锚杆的试验研究2008-2011黑龙江省交通运输厅4大跨度黄土公路隧道结构稳定性及控制技术研究2009-2015交通运输部5钢架喷网锁脚锚杆组合支护结构在黄土隧道的应用2010-2016陕西省交通运输厅6大西铁路客运专线马家庄隧道施工技术研究2011-2014企业委托7软弱围岩隧道锁脚锚杆（管）支护机理与力学特性研究2013-2016国家自然科学基金面上项目8黄土隧道修筑关键技术2014-2016陕西省科技厅9大跨度高含水率黄土公路隧道设计与施工综合技术研究2014-2016陕西省交通运输厅2黄土帐隧道哀变形返规律20伞05年对社吴子虑高速脱公路32座黄偷土隧消道两通台阶巴法施毛工过驼程中英的围归岩变卷形进启行了虫现场票测试代。（1）在夏黄土粗隧道监台阶蓬法施企工过斤程中拱徒部沉顶降值惹远大停于净恒空收登敛值鹿，并且怨开挖苹初期沙变形气量约饶占总陕体变愈形量蜡的60％-7眨0％左役右。词因此，控宿制拱轰部沉娘降尤便其是蕉初期碧拱部掌沉降绝是确浙保隧刑道结劳构稳臭定的汗关键偿。两车开道黄德土隧络道变邀形规就律（2）典侄型变稠形时矿态曲型线拱部兆沉降疫时态箩曲线净空智收敛歌时态县曲线从变龙形到辆稳定愉，黄贡土隧隶道的继围岩捐变形孙大致利经历鹊了以饶下3个阶桶段：第一复阶段蜜是急曲剧变机形阶收段（眼开挖汇初期钻）第二岗阶段悟是持杨续增严长阶沈段第三蝇阶段欺即缓布慢增健长阶恩段在黄烈土隧概道变溉形持抬续增砍长阶订段，棒二次姓衬砌续仰拱夫和边通墙基资础要吼紧跟衣，并牛及时胳进行假仰拱垄回填阳和施锁作路遗面基揪层，欠增加乞结构牢的整责体稳肝定性便。两车食道黄幅土隧郑道变爽形规序律（3）测桐试数刺据回列归分草析典型判拱部喝沉降粘实测评与回疫归时笼态曲邮线对能比黄土献隧道四围岩穗变形东发展要符合捎对数坐函数柄规律羞。由于谅对数贝函数不具有剑发散隙性，竖故无展法由疏此预月估出饱围岩士的最涨终位胳移。但在已蚊施作框仰拱趋的情宰况下播，变腰形速钥率显腹著变便小。分析涝发现早两车驻道黄封土隧掀道初期榜变形锦急剧疑，变趁形量蒸大，饲拱部买沉降梦大于功净空熟收敛粗。揭扣示了艇黄土除隧道今变形宫规律泉。提孤出以岸钢架搭为主裕体的宫刚性杀支护状理念连。拱部柄沉降剥值远惩大于真净空云收敛伶值初期昼变形埋急剧耻，变劝形量描大控制秤早期堂变形刚性用支护唯、仰福拱及包时施里作等控制栽沉降叼变形锁脚长锚杆袋、扩惰大拱痒脚等两车竭道黄亚土隧加道变耽形规宗律第一祝阶段抓（急你剧增访加）第三祸阶段大（扩徒张变仙化）洞口劳浅埋怠段双陪侧壁豪导坑朝法三车逐道大短跨度糟黄土唤隧道凳变形面规律洞口祝浅埋赔段双按侧壁锯导坑寸法RK使27致+0核89风.6断面障右导宰洞净公空收上敛时窃态曲偶线20唤09年在造墩梁乌隧道怠（世术界上狮开挖具跨度博最大侄的黄板土公躺路隧检道）豆埋设逼了22个变柳形监惹测断点面，48条测否线，16邪6个测追点，劈燕测试洞长达10个月束，获踢得数榆据数珠万组扣。第二阶段（趋于平缓）（1）隧陪道洞村口浅剂埋段肢（双岂侧壁抗导坑已法）RK叉27恩+0咬76盟.3断面库右导钻洞沉少降时沫态曲酸线右导醉洞（先行普导洞）的婆最大保收敛宽值大说于左撒导洞铃，两旺者远君大于膜主导知洞。右导炊洞（先行需导洞）的广沉降仪值大瓣于左乳导洞饮，两间者远烘大于摄主导如洞。符合堂反正报切函祝数三车咐道大弹跨度子黄土我隧道垃变形抬规律洞身消深埋穿段三觉台阶歉法LK对26识+2债33断面洁拱部据沉降狗空间斤曲线（2）隧局道洞厅身深杠埋段弃（三阀台阶卸法）LK愉26谈+2继64断面逮净空苍收敛猫空间瓜曲线LK奇26龙+2目33断面钱拱部输沉降村空间莲曲线上台氏阶处岛收敛杜速率蜻比最颜大开沫挖线言处快铸，最挤大开腐挖线晌处的馋最终竹收敛疲值约谈为上傍台阶鼓处的3倍左备右。随着衡掌子异面距甲离增容大，长拱部锯沉降门值持槽续增蛋大，哥增速辟放缓类。三台雪阶法甚施工者隧道懂沉降拌曲线范符合苗反正爬切函惜数。3黄土梁隧道狡支护墓结构剩设计黄土唉隧道百支护善结构守的思凡考20世纪70年代旋至80年代鲁末，淋主要意为单毒线铁童路隧冶道。★大量绕的试细验研良究结痕果表祝明，霜锚杆拣在喷骄锚支疼护结勾构中绵起着产重要呀作用蒸。★复合哑式衬两砌代召替了速以往取的整拿体式威衬砌跨度简小，哀断面朽小初期热支护珍：锚杆+喷射何混凝衬土+钢筋胡网20世纪90年代稳以来麻，大岩断面添隧道落和复腊杂地剧质情烟况增蜻多，欢软岩价隧道氧初期与支护指结构止增设心了钢许架，隧道倍初期脾支护缩慧由钢驼架、各喷射硬混凝寒土、理钢筋来网和梢系统和锚杆五组成啄。黄土吧隧道躁支护追结构度的思惊考二次衬砌防水层钢架钢筋网喷射混凝土系统锚杆在钢括架条滨件下输系统韵锚杆屋支护捎效果拾如何朝？有两田种观分点：昨作用许不大骗，可锤以取饼消；漏有重勉要作洲用，唐理应充设置费。无以系统秘研究罪。在学割术界窃和工象程界竿存在品很大氏争议1引言随着叙我国唤公路块隧道植建设之的发列展，插隧道克修建氧的规逆模越主来越航大，虹有时腥还会刘遇到肝穿越湾高含芳水量馆粘性乔土隧眯道。黑然而宣对于厚高含滩水量怒粘性撇土，摆其内味摩擦咽力小恼、强斜度低下、可默塑性吃强，播所以大在施幕工过锁程中统易发霜生安秀全事漆故。责但由脂于高却含水推量粘届性土斗隧道语在国葡内所泄遇不百多，团其配掉套的聋支护示技术颈并不蛾完善柿，所却以如暮何采盟取恰再当的辫支护的技术射，将鬼成为渐隧道杆界研返究的镜问题建。目前,《建筑洒地基啦基础迁设计锦规范》(GB奏50保0-饮07仙-2豆00顺2)规定米塑性费指数IP>1每0的细拌粒土潮为粘蛮性土;《公路贼土工猛试验葱规程》（JT愉G拾E4逐0-究20深07）则裁规定琴塑性齿指数IP≥0兴.7兔3(挥wL-2近0)及IP>4时的洒细粒肉土为痰粘性写土，关这一旦划分均标准顿基本毛上与俱英、改美、糕德、锄日等居国长套期采裕用的刮卡氏箭（Ca乓sa辆gr飞an急de）塑毛性图蚁分类凶法相沟同。隧道些洞口塞段浅正埋偏喇压，阁系统栏锚杆微穿出隧道潜洞口刷段浅偏埋偏两压，非系统心锚杆浪穿出隧道塑洞口贤段浅渡埋偏勇压，徐系统专锚杆当穿出（1）黄土精隧道尿支护毯施工局工序开挖浪→初结喷射怀混凝舌土→关立钢邀架→枣挂设尤钢筋贞网片灿→安涉设锚嫂杆→客喷射雁混凝耀土达箩到设丧计厚你度安设萌锚杆燃在架行立钢查架之哭后，坛所以夜钢架抢对围液岩变炉形的施制约怜，必膨然会页影响黎到锚绢杆作椅用的港发挥粒。黄土狱隧道吨支护鄙结构赌的思斑考——施工例存在详的问回题锚杆线不能坑及时冈径向垮施作短，发森挥不塔了锚野固作每用。（2）黄土送隧道仪施工颤多采卫用分喉部开林挖，曲施工腰场地奇狭小陵。黄土流隧道芦支护科结构始的思别考——施工彼存在娇的问调题（3）在黄恩土中挑锚杆肚施工导成孔央困难版，注照浆不震易，鸦影响奋工程柿进度湾。黄土柜隧道攀支护跃结构纷的思盖考——施工阔存在浓的问玩题锚杆埋受力毯的计袍算分写析难扭度很白大，执往往袖人为泊地假赠定锚某杆支塘护的容效果夫提高炭了围尺岩的遇弹性掩模量E，黏后聚力c和内德摩擦燃角

。这原在黄残土中岭并不若是很叮合理贩，相哄反往违往由业于打蚁入了携锚杆粉反而但破坏红了黄丹土的愁结构怪，降直低了喜围岩片的强鸦度和记稳定丑性。（与为岩石详是有搏区别源的）黄土钩隧道让支护冲结构玩的思议考——理论渔计算村存在洲的问命题20许05年在困吴子迁高速棚公路32座黄渠土隧粉道现裹场埋嫌设了11个测弓试断驾面，狐埋设延测试炭元件98我0多个薄，测遮力锚炉杆47根。首次忽对两规车道狐黄土员隧道归有、相无系相统锚谋杆条捉件下饺的结付构力走学状慌态和纹稳定欢性进柿行了胶现场芽对比败测试倚及分双析，勉结果发现投拱部微系统刑锚杆过受压，锁友脚锚闯杆（手管）肝对控峰制隧撇道沉懂降作嗽用明饭显。予表明讲系统托锚杆封在黄杠土隧遭道中袭支护叉效果睁不显掀著。提出年采用“钢恭架+喷射涝混凝碑土+钢筋际网+锁脚谜锚杆慎（管峡）”逗的新胆初期锄支护葡结构荣型式次，即巧取消烂系统边锚杆显，增查加锁踢脚锚夕杆吵。岩石否隧道日中锚两杆作炼用机顾理对现晒场测通试发刑现的灵拱部脾系统浅锚杆售受压记问题衰，从糊土体奖的变鬼形和惜锚杆敢与土薄体的军锚固惩效果去两方优面分倚析了喇黄土敬隧道威拱部惰系统科锚杆贱的作男用机爷制。悬吊弱作用加固捧围岩支承环围岩组合欺梁★钢架销架设惊在围诞岩外就侧，晚发挥焦被动起支撑偏作用翁，属陈于外响承式亭，而捏锚杆徐伸入路围岩伸内部线，利垄用围现岩承突载力奸，主找动加控固围抛岩，宁属于片内承斩式，蜓二者循支护颠机理绣截然蚀不同裁。★浅埋逐黄土袄隧道征拱部配发生版了整矮体沉睁降，愈锚杆临并不刚存在渐锚固棵段。★把深埋轧黄土舞隧道备开挖纺后土判体产粒生了佛较大摄塑性摇区，脱目前抱短而看密的复系统屠锚杆雹也不馋存在间锚固咽段。★盆锚杆拐与土真体采秃用水巡寿泥砂桌浆或玩药卷处式锚桂固剂唤粘结妖效果佳差，描黄土嘉隧道豪锚杆丸锚固父力很歇小。★拒锚杆卫锚固遍于初母期支论护上箭，拱狐部系觉统锚宴杆受非到了酱土体甚向下角的摩勺阻力倡，相鉴当于错桩承糕受负撞摩阻废力，跟因而斧拱部疤系统仓锚杆指受压刺。黄土晋隧道幕中锚孝杆作器用机匀理锚杆嘴作用绑机理悬吊放作用加固妙围岩支承寨围岩组合皆梁刚架傻作用净机理①加强圈限制坐围岩乱变形②作倾为超猜前支绩护的吩后支奋点③承男受部亮分松术弛荷腿载锚杆刘是伸梨入到城围岩毙内部季，产讲生相缠对位秆移，动利用粥围岩屯自承绝能力幅。主真动加润固围垦岩钢架阀架设抢在围思岩外瞧侧被动脱支撑伏作用两者举对隧尊道支萄护的旁机理截然恋不同系统排锚杆浓的作茂用机答制系统站锚杆巨的作晋用机候制锚杆权作用呢示意马图锚杆兔起到聪锚固索作用筝的2个前级提条旧件：锚杆缩慧与围组岩要相有良躬好的克相互室黏结有锚猎固段黄土丹隧道鸣锚杆茎拉拔伙力很舞小，戏往往裳只有20赤~3售0k纲N。锚固脾效果锅差！浅埋祖黄土滚隧道保，地隶表会诞产生患沉降益或裂磨缝，帮拱部阅会发尊生整朽体沉匠降。柳拱部卵系统比锚杆舱不存祖在锚泊固段渔。浅埋封黄土珠隧道配地表明产生想沉降系统池锚杆尺的作沟用机杯制深埋千大跨夫度黄桌土隧乱道，诸开挖年后土济体产臂生了杀较大伤松动甘区。呈目前母以“短栽而密橡”为掘设置衣原则采用坏的系靠统锚训杆，雷并未龄穿过驰松动耳区。连锚杆卧亦不昆存在嘉锚固狗段。深埋霸大跨探度黄必土隧释道产经生松装动区系统叙锚杆崖的作展用机验制黄土寄隧道狂开挖萝后，涉周围尼土体派要产览生变兵形，倍主要粉包括狭：（1）应做力释肢放和令土体震扰动御引起住的弹污性、内塑性畜和松款动变飘形；（2）初缩慧期支创护背辣部因校回填找不密范实而勇诱发占的土悔体沉孟降；（3）采伸用型图钢钢课架支跳护后比，其形背部劣因喷锄射混睬凝土何无法苍喷到沸位而帖诱发贱的土写体沉勿降；（4）施证工扰梳动土快体后界期产绿生的债压密捡沉降啊；（5）地棍下水多位线该以下扶的隧咐道，妇因开习挖而冲引起梁的水载位下侄降，茎使部补分饱夕和土友体变垦为非单饱和偏的欠今固结岛土，尝从而嫂引发谷次固螺结沉杨降。系统漏锚杆稻的作圈用机苍制在初饺期支誓护施午作后砍，相腾对于扔土体腔的后秘续变纵形，五锚杆碍是固笑定不拨动的尊，所圣以在令浅埋建黄土括隧道跳或塑妹性区尚大的优深埋系黄土己隧道戴，拱立部系赞统锚毁杆受沫到了学土体池向下丛的摩骄阻力察，相当乖于桩给承受考负摩售阻力吹，因爹而拱鸟部系若统锚勤杆受互压。系统甜锚杆硬的作踏用机深制锁脚稻锚杆倒的作慢用机扬制锁脚虫锚杆县（管布）稳皂定钢吩架示根意图黄土金隧道厌采用导台阶依法施蝇工，俯下半别断面砍开挖柄时，坡钢架爸接头边处于疤悬空丘状态朗，锁脚奴锚杆路（管舅）使拌钢架膛在整磨个下辰半断辩面开械挖和遣钢架裂安设臂过程饥中始易终处毫于稳冈定状弯态。上台徐阶开绢挖下台江阶开辨挖打设俊锁脚尿锚杆机（管塑）锁脚洲锚杆魔的作币用机遮制钢架天受力军简化导图采用廊结构雾力学柳和弹语性地松基梁漂的方户法，香建立检钢架税和锁踪蝶脚锚铁杆力盼学计纹算模貌型。拱脚扮的弯救矩拱脚仓的剪盗力拱脚凤的轴很力锁脚趁锚杆槐的作巩用机荐制锁脚轧锚杆飞受力逗简化当图锁脚骑锚杆娘剪力秋和弯赵矩分壳析图微分笼方程临式：围岩衰中锚汤杆体犹的竖驻向变悼形、辞转角、弯矩、剪脱力的表摔达式氧：建立拱部系统锚杆受压模型钢架锁脚锚杆（管）荷载传递模型提出拱部系统锚杆力学分析方法锁脚锚杆（管）力学计算方法（弹性地基梁微分方程）揭示锚杆受压机制钢架锁脚锚杆（管）共同作用机理理论成果黄土隧道拱部系统锚杆受压发现技术野创新创建了黄土隧道初期支护组合结构新型式钢架+喷射混凝土+钢筋网+锁脚锚杆（管）拱部锚杆作用不显著★学术衔价值拉：提出疤的以恰钢架拍为主徒体的央黄土搜隧道言刚性锁支护讲理论翠，突颗破了以喷票锚为及主体记的柔鸟性支汗护岩牲承理娱论。★实践随意义排：减少浆了工点序，亏加快遭了进茄度，累提高慢了安啄全性米和结相构稳担定性挠，显著曾降低炮了工垃程造来价。公路蜂隧道呼设计牙规范期（JT曲G盼D7台0-颗20则04）（锻第条惠）铁路岛隧道举设计候规范草（TB爪10检00衔3-错20俘05耽J别44笋9-什20棋05）（山第条最）日本束、欧屠美等湾国家扮软弱窜地层拼隧道垫中突破抬了现芬行国志内外俊设计炭规范弹！传统貌衬砌怀结构篇型式新的群衬砌奥结构抄型式4黄土竖隧道膨施工继技术根据患黄土绳的特续性和位黄土础隧道旅变形货规律弊，提出旋了“秩快挖鼓、快抚支、植快封犬闭，证二次浆衬砌谁仰拱钓、边绪墙基豪础紧蚊跟，挑二次雅衬砌啄适时笼施作丘”的存施工腥原则趁。强调吉快速障开挖密，快恒速施泼作初泥期支追护，双同时鸣要增胀设锁云脚锚串杆（颤管）眨或扩竞大台蛙阶拱请脚，这快速奖施作短初期咱支护山仰拱声，尽究早施棍作二蜓次衬狂砌仰庄拱及眠边墙册基础锻。当绍初期厅支护列变形肆过大吴时，先应及将时加净强初戒期支荷护或芹采取针辅助册加强惠措施疲。在挽初期暖支护颠作用争下，既围岩搁基本殖达到缓稳定糠时施召作二掀次衬砌砌。保障蝴了施胀工安印全！坚保证赠了结选构稳斑定!加快披了工存程进脸度!两车照道黄晌土隧矩道施轨工技振术每循队环0.面6遭m，每欲天可部完成2个循喉环，月温最高样进度42缝m，月厨平均锯进度36典m。双侧蚕壁导伞坑法从控素制沉撑降、栽工期策、施失工难芬易程况度和虽造价挥等方天面，路对比流分析论了多山种施诉工方早法，服提出疤了大宅跨度壤黄土论公路连隧道做洞口仍浅埋喷段采度用双宗侧壁按导坑俊法施舍工，侨洞身义深埋科段采悉用三破台阶嫩七步缸开挖劈燕法施问工。三台秋阶七错步开役挖法每循姿环两榀，一营榀0.调75桥m，26小时可以订完成两个挖循环，月孕最高气进度80键m，月氧平均泉进度76稳m。大跨牵度黄食土隧驱道施蝇工技醉术《公路稠隧道棒施工跟技术热规范》（JT赞J0拖42乓-9眨4）（乱第14闪.3条）《公路揉隧道铅施工飞技术凭规范》（JT灿G渡F6割0-常20尚09）（导第16浇.3条）《铁路因隧道恳施工舅规范》（TB筛10伍20每4-准20吨02签J论16子3-勒20桌02）《客运氏专线月铁路医隧道就工程盒施工且技术循指南》（TZ方2厉14鹿-2乒00矩5）（欣第13刚.9条）提出典了黄散土隧咸道施犯工原伟则和识施工盒技术童指南以上楼规范旗涉及碑黄土取隧道及的很挣少，种几乎瓦为空母白。补充山和完怀善了霜现行焦施工慢技术彼规范攻克功了黄兰土隧厕道变亿形大植、易乒塌方仍、二舌次衬呈砌易余早期迷开裂涛等技和术难骨题。黄土鹅隧道伐施工声技术5工程缘瑞应用该隧叫道为更上下协行分验离式征，上逃行线亭长16雅60弊m，下驴行线屋长16农90寻m。天恒赵山隧朱道位宏于哈月尔滨申绕城碗高速冬公路（高胃含水缝率黏坚土隧梢道）5工程旱应用5工程症应用最大启埋深第仅25继m最大晓开挖守宽度16翠.8废m，高12轧.1隐m，开挖括面积16蚁3m2可塑延性强含水元率高枪达16坏.6痕3％～30宫.9逐0％三大蝇工程击难点浅孝埋大跨第、大华断面高含幼水率暮可塑翻性粘贤土成孔啄困难注浆猾效果炸差抗拉完拔力黄低高含悦水率晒粘性脏土层闲中锚怕杆施势工困新难高含毙水率赶粘性刺土层唤锚杆惩成孔敞试验有人恩形象劳比喻酱在高喘含水屠量粘栋土隧耗道中歇打设灭锚杆内犹如圈“在龙豆腐偿里面东插筷桶子”责，支辟护作犬用不画大。5工程们应用原设支计支克护示捏意图变更越后设禾计示陆意图