下穿石油管道浅埋黄土隧道施工变形控制技术研究

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由于黄土具有显著的各向异性、渗透性强、多具湿陷性等特点,因此导致黄土隧道在施工过程中经常出现围岩变形量大、拱脚稳定性差、地表沉陷大、周围围岩裂缝较大等问题,这给隧道建设者们带来了极大困扰,也是学者们重点研究的方向之一。本文以渑淅高速公路可乐湾黄土隧道为研究背景,主要依据工程设计文件、现场试验、数值模拟分析方法,对下穿石油管道浅埋黄土隧道施工变形控制技术进行研究,以期得到最优施工参数,为今后类似工程提供参考。论文主要内容如下:(1)简单介绍论文所依托的工程背景,包括可乐湾隧道的工程地理位置、地质水文条件、设计概况,以及隧道上方既有石油管道的情况。通过大量查阅文献资料,概述了现有浅埋和深埋隧道的分界方法和适用范围。(2)通过原状黄土物理特性试验,得知黄土的含水率为19.95%、密度为1.80g/cm3、塑限为19.15%、液限为30%、孔隙比为0.822和容重为17.64k N/cm3。通过室内固结压缩试验,黄土竖直向天然压缩模量为18.22MPa,水平向天然压缩模量为26.68MPa,竖直方向天然压缩模量小于水平方向。通过三轴剪切试验,黄土水平向黏聚力为118.11k Pa,内摩擦角为20.81°,竖直向黏聚力为85.59k Pa,内摩擦角为21.65°。(3)利用数值模拟软件,对CD法和三台阶七步法两种工况下的多项模拟结果进行对比分析。与三台阶七步法相比较,采用CD法开挖时产生的围岩位移值、地表及石油管道沉降值、喷射混凝土及石油管道应力值均比较小,说明CD法更适合该隧道的开挖。(4)在CD法的开挖方法下,对0.75m和1.5m的开挖进尺进行对比分析,根据模拟结果,该隧道采用0.75m开挖进尺时效果较好。在超前小导管的外插角取10°,并沿开挖轮廓120°范围布设时,对3m、4m、4.5m、6m的超前小导管进行对比分析,最后得出超前小导管的合理长度为4.5m。(5)为降低隧道施工对既有石油管道的影响,对石油管道周围地层进行垂直注浆预加固。在隧道模型采用不同注浆宽度、不同注浆深度时,分别比较了石油管道的最大沉降值和应力值。对于该工程提出如下建议:(1)建议注浆宽度为2.44m;(2)建议注浆深度为4m。
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