秦岭特长隧道修建技术-高地应力对衬砌结构的影响

主要完成单位：中国铁道科学研究院西南分院（现为中铁西南科学研究院）

铁道部第一勘测设计院

中国铁道科学研究院铁道建筑研究所

西南交通大学

北方交通大学

中铁隧道工程局

中铁第一工程局

起 止 日 期 ：1995年5月～1999年12月

鉴定证书编号：铁道部技鉴字[2000]第035号

该成果包括以下七个方面的内容：

1. 提出了高地应力地区铁路隧道围岩分级标准；

2. 提出了高地应力地区隧道轴线方向选择的计算原则，理论研究表明高地应力地区隧道轴线方向应符合如下公式：

a=1/2arcCOS((s1＋s3－2svB/H)/(s1－s3))

式中，a为隧道轴线与最大主应力方向之夹角

a1为最大主应力，a3为最小主应力，aV为垂直应力，

B为隧道宽度，H为隧道高度。

当：(a1+a3－2aVB/H)/(a1－a3)<0时，a=90°，

(a1+a3－2aVB/H)/(a1－a3)>0时，a=0°。

3. 提出了高地应力地区隧道断面选择的三条原则：

(1) 当断面的宽高比等于侧压力系数时，可使围岩应力场达到最佳应力状态；

(2) 在断面不连续处有较大的应力集中，可能使围岩产生局部破坏。因此在断面设计时应尽量避免断面突变点；

(3) 当侧压力系数为0.42≤λ≤2时现行的铁路隧道标准断面衬砌都处于压应力场中，虽然从受力条件来看不如椭圆形断面，但可大大节省工程数量和工程造价。当λ>2时应进行特殊设计。

4. 提出了高地应力地区支护设计和施工措施。针对高地应力地区隧道有硬岩岩爆和软岩大变形两种不同的破坏形式，提出了针对岩爆和大变形两种条件下的支护设计原则和工程措施。

5. 提出了高地应力地区支护衬砌设计流程。

6. 提出了秦岭隧道高地应力破坏特征、二次应力特征、岩爆发生临界深度。

7. 提出了秦岭隧道高地应力地段衬砌结构设计参数和对Ⅱ线隧道断面的优化方案。