下伏采空区段公路隧道结构安全评估及施工控制技术研究

摘要

随着我国高速公路网的拓展和完善，修建长大高速公路隧道不可避免的会穿越煤层采空区不良地质地区。在隧道施工扰动下，老采空区二次变形带来的地质病害是新建隧道建设过程中必然要面对的关键问题。本文依托南大梁华蓥山高速公路隧道工程，在对华蓥山煤矿采空区资料广泛调查的基础上，采用数值模拟手段对采空区段隧道变形规律、力学行为以及施工控制技术进行了深入分析，主要研究成果如下： 1、确定了依托工程隧址区老采空区的分布情况及赋存状态，对采空区基本概念及围岩性质进行了系统阐述，总结不同形态的采空区对隧道施工和运营阶段的危害并分析了概率积分法基本原理以及在隧道工程应用方面存在的不足。 2、提出了公路隧道结构变形控制指标与结构安全指标并确定了其分界值。选取代表采空区形态的距离、采厚及倾角作为主要研究因素，结合现场采空区地质资料建立3因素5水平的数值模型，为下伏采空区公路隧道安全稳定性分析奠定基础。 3、对 3 种影响因素作用下隧道结构变形规律及指标的变化规律进行了系统分析，利用数理统计方法对3种因素的影响程度进行主次排序和显著性分析，研究表明3种因素对隧道变形及安全性影响程度排序为：距离＞采厚＞倾角。 4、以3个因素作为自变量拟合了下伏采空区段隧道安全稳定性预测表达式，以此作为依托工程的隧道安全预测模型，基于两种指标的安全分界值进行了采空区影响分区，对依托工程采空区段隧道结构安全进行评价。 5、针对下伏倾斜采空区段以及拱部采空区段隧道施工控制技术进行研究，采用数值模拟方法对比了下伏采空区段注浆法和充填法对隧道的加强改善效果，得到注浆法更能保障下伏采空区段隧道施工安全的结论。另外围绕隧道拱部采空区段护拱加固过程力学特性展开研究，对护拱加固方案的可靠性及实用性进行了评价和验证。

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