浅谈竖井开挖方法及平洞的选择

浅谈竖井开挖方法及平洞的选择

1洞穴土体物理力学特性在山西省万家寨，黄原总线6号和7号隧道采用一台隧道，采用钢筋混凝土管，装饰。管和洞围岩之间填充了10.20m厚的豆砾石层，并用固体糊状物加固。1997年9月完成整条线路。完工后,隧洞土洞段(N2、Q3)衬彻管片发生不同程度的裂缝错位及渗水等缺陷。为了对上述缺陷进行处理,需进一步了解隧洞土洞段土体的物理力学特性。1999年5月在本洞段采用钻探取样的方法,取样112组并进行土工试验,由于考虑到钻探取样方法对土试样具有一定的压密或扰动,于2000年3月,又在两隧洞的右侧20m处,分别进行了平洞取样工作,取原状土样60组,进行各种状态的物理力学指标的测试。为了对钻探取样的试验成果的可靠性进行论证,本文以7#隧洞平洞取样与钻探取样的试验成果进行对比分析。2黄土梁状地层#隧洞位于山西省偏关县境内,区内地形起伏较大,冲沟发育,地面高程在1220～1400m之间,相对差高100～200m,为黄土丘陵区,呈黄土梁峁状地形。洞线所通过的地层岩性为第四系上更新统(Q3)的淡黄色、褐黄色粉砂土,结构较密实,含砂量较大,粘粒含量较少,局部含有钙质结核及钙质团块,本层厚10～70m。其下为第三系上新统(N2)棕红色粘土。局部地段上更新统Q3土层与奥陶系中统灰岩呈不整合接触。区内地下水埋深较大,各大冲沟内均无水流,只有到雨季才有暂时性的洪水,并向偏关河排泄。7#洞洞底标高在1228～1232.0m之间,均处于地下水位之上。3采样位置和统计分析的原则3.1覆层试样选取由于钻探取样的位置其上覆土层厚度均大于30m,为使其具有可比性,我们选平洞取样位置上覆土层厚度与其一致的试样。取样位置详见下图1。3.2土壤有严重误差t的指标根据试验资料,埋深大于30m的各试样的物理力学指标差异不大,基本上是一致的,因此以钻探取样、平洞取样作为两个统计单元,分别进行统计,然后对各指标的统计结果进行对比分析。统计分析的原则为:(1)对各物理性质指标如:密度(ρ)、干密度(ρd)、天然孔隙比(e)、液限(WL)、塑限(WP)等指标,先对有重大误差或非代表性的数采用Grubbs准则判别进行舍弃,(置信水平按99%考虑),然后利用统计分析的方法计算出各指标的平均值,作为该土的物理指标的标准值。(2)对压缩性指标在采用上述标准舍弃后,计算出平均值和大值平均值,以大值平均值作为该土的压缩性指标的标准值。(3)对直剪试验在各压力下的抗剪强度,采用上述标准舍弃后计算出各压力下抗剪强度的平均值、小值平均值,以小值平均值用最小乘法计算出各状态的c、值,作为直剪试验c、的标准值。(4)三轴剪切,对各试样在不同围压下的破坏主应力进行统计,计算平均值,通过作破损应力圆,得出c、值,作为三轴剪切的c、的标准值。4钻头试样的压缩系数及抗剪强度通过统计分析钻探取样与平洞取样试验的各项物理力学指标详见下表1,由此可看出:(1)物性指标钻探取样的密度、干密度均比平洞取样的大,相对差异系数为0.011和0.013,天然孔隙比,液限,塑限钻孔取样比平洞取样小,相对差异系数分别为-0.027、-0.10和-0.07。(2)力学指标(1)压缩系数:不论在天然还是饱和状态下,钻探取样的压缩系数均小于平洞试样的压缩系数,差异系数分别为-0.083、-0.077。(2)直剪抗剪强度:在不同压力下,钻探和平洞试样的抗剪强度P～S曲线详见图2,由图可看出,两种方法所取土样的～曲线形态一致,基本平行,钻探取试样的抗剪强度P～S曲线除饱和快剪大压力外均在平洞取试样的P～S曲线的上方,各状态下抗剪强度的差异系数分别为0.145、0.18、0.024、0.13,这就说明钻探试样的抗剪强度略高于平洞试样的抗剪强度。钻探取样存在一定的压密性。(3)三轴剪切抗剪强度:从表中的数值可看出在三轴(UU)三轴(CU)及三轴(CD)三种状态下,钻探试样的c、值,基本上均高于平洞取样的c、值,也就是说,钻探试样的抗剪强度均略高于平洞试样的抗剪强度,同样说明钻探取样存在一定的压密。通过分析可看出,钻探取样的试验成果与平洞取样的试验成果存在一定的差异,但其差异不大,也就是说钻探取样对土试样存在一定的压密性,但压密性较小。5基于钻进取样的方法代替探井、探洞通过对引黄总干7#洞出口土洞段,钻探取样与平洞取样试验成果资料的比较,我们可以认识到:钻探取样压