浅谈我国高速公路隧道设计过程中存在问题.docVIP

浅谈我国高速公路隧道设计过程中存在问题 　　摘要：隧道施工在“强支护、早封闭、弱爆破、短进尺”的施工思路指导下，根据实际围岩变化情况，调整设计方案，在浅埋段，一般地质条件较差，易受地表因素影响。根据本人在高速公路建设中多年的现场经验，下面对我国高速公路隧道设计过程中存在的主要问题谈谈自己的看法和总结。 　　 关键词：隧道 病害 设计 思考 　　 一、目前我国公路隧道设计过程中存在的主要问题为： 　　 1、隧道围岩分类是隧道工程的基本和重要的工作， Hudson和E.Hoek等认为，要利用围岩就要保护围岩，把围岩看成是构成支护结构的一部分，充分发挥围岩的自承能力，不使其因开挖而受到大的扰动，造成围岩较大的松弛范围，在开挖顺序、机具选择、爆破方法等方面都要综合考虑。用于不同目的的围岩分类，多种多样。国内外的岩体分类方法现状为： 　　 普罗脱亚克诺夫1926年提出以岩石坚固性系数分类，共分成十类。20世纪50~70年代在我国广泛使用。该法简单，粗浅，评价因素单一，但对我国地下工程建设起过重要作用。现在国外已基本上不用该法，而我国有些部门还在使用。太沙基分类方法在北美曾经广泛使用，它将岩体分成九类，它主要适用于拱形金属支架支护，条件过于严格限制，后被迪尔和巴顿分类方法所取代。而我国目前有些部门在使用普氏分类法的同时，有时也采用太沙基分类法。迪尔围岩分类法，是按照岩体质量指标(RQD)分类，共分成五类，分类因素过于单一，现已基本不用，国内也是如此。 　　 比尼奥斯基节理岩体的地质力学分类法，为多因素定量分类法，分成五类，其分类因素为：岩石强度、岩芯质量指标、节理间距、地下水、节理方向和工程轴线之间的关系。目前国外应用较为普遍，考虑因素比较全面，不足之处是没有考虑围岩应力，不适合于挤压、膨胀和涌水影响造成的极其软弱岩体分类。 　　 巴顿分类法是岩体质量指标分类，是根据地下开挖稳定性的大量实例，提出的确定岩体隧道开挖质量指标的方法，为多因素定量分类，共分为九类。其分类因素为：岩石质量指标、节理组数、节理粗糙度系数(JRC)、节理蚀变影响系数、节理水??减系数，是目前国外普遍应用的岩体分类，特别适合于软弱风化岩体的围岩分类。 　　 威克姆围岩分类法，为岩体结构评价分类，为多因素分类，共分为五类。分类因素为：岩石强度、岩体结构、地质构造影响、节理发育程度、节理产状与工程轴线之间的关系、地下水影响等。该分类方法也是目前国外应用的。 　　 地下水的存在直接影响围岩的力学性能，也是隧道病害的主要原因之一，国外围岩分类方法中对地下水都作了定量规定，且都考虑工作面开挖对围岩性能的动态影响，故围岩分类较为准确，对隧道的设计和施工起到较好的指导作用。 　　 国内公路隧道设计规范中对围岩的分类主要考虑围岩的密度、弹性抗力系数、泊松比、内康擦角、摩擦系数、岩体质量指标和弹性波声波速度等，对于地下水未做定量规定。由于地下水的存在直接影响围岩的力学性能，又是隧道病害的主要原因之一，因此，对于地下水不做定量规定，且很少考虑隧道开挖对围岩性能的动态影响，势必引起围岩分类不准确，从而影响隧道设计和施工的质量。 　　 2、隧道按照“新奥法”理论设计与施工，尤其是软弱围岩中构筑地下工程，支护紧随掘进面进行，对支护的设计计算仍能采用传统的平面假定而不考虑掘进面附近的石柱的支撑，难以设计出合理的支护结构。因为掘进面附近的岩体释放位移和应力，除受时间效应等因素外，还受掘进面前方待开挖岩体支撑的影响，这一现象称为掘进面的空间效应。目前，国内外对喷锚支护和复合衬砌支护计算尚无统一的标准方法。德国、美国和日本在对隧道喷锚支护和复合衬砌支护设计进行验算时，通常考虑围岩与隧道支护结构协调变形，共同作用，而且分析岩体和衬砌结构时采用粘弹性模型，以尽可能反映围岩和支护结构的实际工作情况。由于围岩产状的影响，围岩施加在衬砌上的荷载容易使衬砌结构出现偏心，因此计算时常考虑围岩产状的影响，数值分析常常采用三维模拟，因此分析结果较为接近实际情况。而我国公路按照规范设计隧道时，对支护结构的设计进行验算时常采用杆单元，将围岩与支护结构隔离开来分析，且计算模型多为弹性或弹塑性，多数情况下只做平面分析，因此分析结果不完全反映工程实际，尤其中隔墙导洞超前先行开挖，左右两侧导洞后开挖时，平面分析的结果无法反映工程隧道开挖的空间效应，如果以此指导隧道设计和施工，势必造成设计和施工的不合理。同时，岩层产状对隧道支护结构受力有直接影响，FLAC软件和ECLIPSE软件应用于隧道支护结构受力分析对岩层产状和空间效应均同时做了考虑，而国内规范和有关计算软件基本对此未作考虑。 　　 3、连拱隧道建设过程中，存在的问题更多。从已经建成的高速公路连拱隧道等来看，普遍存在如下问题：(1) 连拱隧道围岩、结构