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[隧道工程]Gotthard公路隧道 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2010-05-19
Gotthard公路隧道
  Gotthard公路隧道19.6公里长,建于1970年和1977年。地质所遇到的问题是在 Gotthard地中央主要是由片麻岩和花岗片麻岩组成的。这些岩体由高山变质岩所叠加的,其中大部分在绿片岩相中。
  公路隧道的施工,包括对主洞前面出土的几百米的一个规模较小的安全通道,该安全通道有12至18个月的滞后时间。这使安全通道可以同时为隧道主洞作调查和排水。定期检测流入安全隧道的水,用来检测在3公里地带遇到的花岗片麻岩产生的水,特别是大流量(图2b)。倾斜的脆性断裂区担任初期引流导管引入隧道,其中两个相隔23米,在最初流量为300升/秒。在这区间的位置,从在沉降图中可以看到,在该区间紧挨着3公里对应为中心的最大沉降点,该点与涌水量的最大值恰好一致。(图2))
  在此关系基础上,这个假说的发展指出,隧道诱发的地面沉降与深层排水固结以入结晶裂隙岩体有关系。这是个广泛的领域,用实验和数值模拟,探索实测和解释沉陷的过程和机制。大部分重点放在主要断裂带和中等破裂区域的绘制 和解释破裂固结的现象和低孔隙率完整岩(< 1 %完好无损基质孔隙率)。
固结沉降的处理
  固结沉降的分析方法,主要是基于太沙基的一维固结理论,而垂直应变的计算方法是对于给定横跨可压缩层的变化孔隙压。假设的关键是,靠近隧道的影响可以测定,并且横跨可压缩层的孔隙压的变化是唯一的。这忽视了,任何地质非均质性和/或渗透率各向异性之间所需的自由排水边界条件,代表了隧道的开挖和远处边界条件的影响。在隧道排水和地下水水位下降情况下,这些因素将显著地影响到孔隙压力的分布及演化。
  实测数据库对沉陷的预测几乎完全集中于城市浅埋隧道的松散和凝聚低的土。从这些来看,在对称倒正态分布曲线的基础上,设计图是描绘最大下沉和形状沉降剖面趋势,(例如图1A)。在这样一个研究,伦肯发现,就探测地表区整体槽的宽度可估计为隧道深度的3倍。但是,应该指出的是,案例中使用伦肯的评估是十分偏重在开挖过程中地面损失的影响。
  这点指出实证数据库的普遍缺失,因为它们是'全方位'和无视细节的地下体制。在伦肯的实证研究 ,地面损失和长期巩固结合影响,在观测方面常常形成自己的实证关系。因此,如果地面损失不是一个难题,像 Gotthard公路隧道这个案例,那么这种实证关系就有可能不适用。作为比较,实测沉降的宽度比 Gotthard公路隧道深度是宽10倍以上。必须注意,该案例的历史上的实证关系,是适用于该案件中的问题)
  最近,数值计算方法的发展导致了有限元法(FEM)成为标准化的工具,用来解决固结沉降问题。再次,处理已普遍集中于散土和凝聚力低的土壤,这些处理可以被视为一个统一的连续性地质 。对于裂隙岩体,岩体必须相当于一个连续体。处理方案常常引用比奥的三维固结理论,它描述了在各向同性、均质多孔介质瞬态耦合力的线弹性。
  对 Gotthard公路隧道问题进行了有限元分析,图3显示的结果。在流动和弹性领域的解决方案上加上通过一个多弹性的方程。多个独立的输入参数必须包括排水杨氏模量和泊松比,Biot’s和Skempton’s的系数,以及渗透张量。这些都是通过实验室试验和在实地通过以测绘和岩体表征为基础的测量范围测量出实际值。在研究区,二维网格是用来重复的地形,地质和水文条件的(图3A条-二)。最重要的是代表交叉隧道整个断裂排水网络。这个组成了主要的纵向排水导管(图3A),代表了倾斜较大脆性断裂带产生隧道流量峰值(图3B)中,由透水性较弱的等效连续区域代表规模较小的裂缝渗透率的网络)。
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