高海拔地区隧道工程施工方案评价分析

万方数据KEYWORDS：hilghaltitudetunnel；theconstructionplan；numericalsimulation；analytichierarchy 万方数据目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1．2．1高海拔隧道发展现状⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2．2国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．2．3国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51．2．4隧道施工方案研究现状．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯51．3研究方法和研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．71．3．1研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．71．3．2研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．71．4研究技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯81．5本章小节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9第二章高海拔隧道施工理论概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．112．1高海拔隧道特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112．1．1基本概念．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l2．1．2施工特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．112．2高海拔隧道分区及分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．122．2．1高海拔隧道分区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．122．2．2高海拔隧道分类．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．3高海拔隧道施工力学特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．4高海拔隧道施工方案介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．4．1中隔壁(CD)法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．152．4．2上下台阶法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯162．4．3留核心土上弧形导坑法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．172．4．4交叉中隔壁(CRD)法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．192．4本章小节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．20第三章施工方案评价方法及过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．213．1．施工方案评价标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l3．2施工方案评价方法选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．213．2．1数值模拟一层次分析理论基础⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．22 万方数据3．2．2数值模拟一层次分析操作流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯243．3施工方案评价步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．263．3．1建立层次分析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯263．3．2评价指标选取及数值模拟⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．273．3．3构造判断矩阵及一致性检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．273．3．4层次单排序计算权重⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．3．5层次总排序计算权重⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．293．4本章小节⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．29第四章施工方案评价指标数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．314．1评价指标选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．314。1．1指标选取原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3l4．1．1施工方案指标选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯324．2数值模型建立及计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．334．2．1模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．334．2．2模型计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．364．3各指标数值模拟结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．414．3．1中隔壁(CD)法结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．3．2上下台阶法结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．434．3．3留核心土上弧形导坑法结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．4．4交叉中隔壁(CRD)法结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．464．4本章小结⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．47第五章案例分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．1项目概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．1．1工程地质概况⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．1．2设计情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．515．3施工方案评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．545．3．1建立层次分析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．545．3．2构造判断矩阵⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯555．3．3层次单排序及相关计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．575．3．4层次总排序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯595．4本章小节⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．60第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．61致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．63参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．65 万方数据第一章绪论1．1研究背景随着我国经济社会的不断发展，对交通的需求日益增大，我国公路、铁路等交通隧道建设规模也不断增加，大规模隧道建设为我国经济社会和交通运输事业的发展做出重要贡献，也成为我国实现中国梦的必要条件。青海、西藏和云南等高海拔地区的盘山公路已不能满足人们的需求，建设穿越大山的公路、铁路隧道尤为重要。高海拔地区的隧道大多地质条件复杂，分布区域广，建造规模大；近年来，高海拔地区公路隧道数量增加，长度也越来越长。比如，青海省在建的隧道近30座，单向隧道总长超过8．2万米，仅2011年开工的共和至玉树高速公路就有9座隧道。其中鄂拉山隧道、姜路岭隧道修建在高原冻土地区，鄂拉山隧道左线长4710米，右线长4650米，海拔为4300米；姜路岭隧道左线长2925米，右线长2845米，海拔为4280米。这两座隧道穿越了冻土、断层破碎带、富水地层、含冰地层等不良地质段，同时还要面临气候寒冷和缺氧等恶劣的自然条件，其高原冻土地质施工难度极大。同时，今年6月贯通通车的省道312线多拉马科至杂多公路上的长拉山隧道海拔高达4493米，曾一度排在在建公路隧道中的世界第一n1。正是如此，所以对高海拔地区隧道施工方案的评价及选择显得极其重要。高海拔地区常年处于低温、缺氧、甚至冻土的环境，使其在建设过程中面临特别艰苦的环境，施工难度极高，同时对施工方案、旌工工艺、旌工流程、施工管理等方面提出更高要求，而目前对高海拔隧道施工方案的选择大多是边建边摸索，能借鉴的同类隧道依然比较少，因而对高海拔地区隧道施工方案的评价及选择具有重要意义。1．2研究现状1．2．1高海拔隧道发展现状我国对高海拔地区隧道的研究开始于上个世纪五十年代，近几十年来对于高海拔地区隧道工程的特点缺少足够的认识，都是一边建设一边摸索，很多围岩变 万方数据重庆交通大学硕士毕业论文形问题在隧道修建的时候就已经显现，投入运营后更是不断出现新的变形，因此有关部门组织相关科研、施工单位共同研究适合于高海拔地区的施工方案，积累了大量资料，也取得了不少成果。据统计，我国目前已建成和在建的高海拔地区部分隧道如下表1．1，部分新建隧道海拔更高、长度更长，技术要求更高，地质情况更复杂乜3。表1．1部分已建和在建的高海拔地区隧道隧道名称长度(m)海拔高度(m)备注关角隧道40103700青藏铁路(通车)羊八井一号隧道33454264青藏铁路(通车)乌鞘岭隧道20053600兰新铁路(通车)大阪山隧道15303940宁张公路(通车)左线3355青沙山隧道3005平阿高速公路(通车)右线3340铁力买提隧道18974000独库公路玉希莫勒隧道10073400独库公路鹧鸪山隧道44233320G317线汶马公路(通车)鸥鸪山隧道88203200G317线汶马公路(在建)雀儿山隧道70354380G317线(在建)巴朗山隧道79403850G318线(在建)风火山隧道13884896川藏铁路(通车)昆仑山隧道16864700川藏铁路(通车)德达隧道6593580G318线川藏南线海竹段(通车)列衣隧道21073000以上G318线川藏南线海竹段(通车)波戈溪隧道27433000以上G318线川藏南线海竹段(通车)拉纳山隧道34513000以上G318线川藏南线海竹段(通车)雪山梁隧道83303380川黄公路(在建)花岩子隧道5703515四川省道303线(通车)左4695鄂拉山隧道4300以上G214线青海共和至玉树(在建)右4635左2925姜路岭隧道4380G214线青海共和至玉树(在建)右2890左3972雁口山隧道4333G214线青海共和至玉树(通车)右3940左3032通天河隧道3574G214线青海共和至玉树(在建)右3075河卡山隧道23153700’3960G214线青海共和至玉树(通车)剪子湾山隧道22584190G318线东海路一海子山段(通车)脱洛拉卡山隧道27804150G318线东海路一海子山段(在建) 万方数据第一章绪论1．2．2国内研究现状我国现存高海拔地区的隧道只有数百座，主要在西北部，因为修建时期缺少先进的施工技术和合理的施工方案，使位于多年冻土地区的隧道不断出现冻害现象，更有甚者运行数年就报废了。面对高海拔高寒冻土的恶劣环境，较为成功的有昆仑山、风火山铁路隧道和大阪山、鹧鸪山公路隧道，这些隧道的建成既丰富了高海拔地区隧道施工技术也提出并实践了众多施工方案。我国对于高海拔地区隧道工程相关问题的研究比较重视，也取得了不少成果。杨成阻1(2013)利用有限元软件对冻土隧道的开挖过程进行模拟，分析围岩稳定性并提出优化方案；通过原位测试对冻土隧道开挖中的围岩温度、围岩内部位移、隧道净空变形、地表沉降、锚杆轴力等进行研究，得出中隔壁法更适合于冻土区开挖的结论。董玉辉口1(2011)以大阪山隧道为工程背景，对隧道施工中的防冻胀技术、通风供氧技术、防排水措施、机械化施工等进行研究，探索补充适宜于高海拔深冻土区修建高速铁路隧道的施工技术。任文效H1(2014)以兰渝铁路新城子隧道为工程背景，对软岩大变形小净距隧道的围岩力学特征进行实测数据研究和施工方案优化评价，利用有限元分析软件(MIDAS／GTS)对旅工过程实施有限元数值仿真计算，研究开挖的不同台阶长度和左右线掌子面不同距离时，综合现场实测数据进行支护受力模拟仿真和隧道变形分析。李世俊嘀1(2012)对软弱围岩性状非对称公路隧道的众多施工方案进行优化，分析在不同施工方法下开展模型试验模拟围岩在非对称状态下内部受力变形的影响，以及采用有限元软件对上下台阶法和两种开挖顺序不同的cD法进行数值模拟计算，得出软弱围岩性状非对称状态下公路隧道的较优施工方案。目前，学者们对不同断面、不同围岩、单双拱形隧道的力学特征、高寒环境施工方法进行深入研究，得到多种可解决动态施工问题的施工方案，国内外也已进行类似工程的模型试验、数值模拟和现场试验对众多可供选择的施工方案进行优化评价，以期选择最适合工程实际情况的施工方法。赵鹏辉等阳3(2014)应用层次分析法从施工风险、工期造价、施工难度、地质适用性、城市规划等指标对盾构法和沉管法进行综合比较，探索综合效益最好的长大隧道施工方案。许婧，宋吉荣口1(2013)以各施工方案的价格、技术、商务为指标建立层次灰色关联分析模型，利用白化曲线将非价格指标量化，计算各指标权重并选出最佳施工方案。候瑞彬等陷1(2014)总结大跨小净距偏压隧道的受力特点，建立其在V级围岩浅埋偏压环境下的数值模型，对不同施工工序的CRD法和双侧壁导坑法施工方案的围岩应力、位移和塑性区进行对比分析并优化施工方案。李升冉呻1(2013)运用 万方数据重庆交通大学硕士毕业论文Flac软件对隧道施工过程进行数值模拟，研究偏压条件下隧道施工对临近桥桩的变形方式、位移大小和围岩的应力场、位移场的分布规律；模拟隧道在三种不同施工过程中的地表沉降和桥桩变形值，并将数值模拟结果与桥桩监测数据进行对比，得到最有利隧道施工方案和支护方案。丁文其n0。、雷华n玎等(2005)对浅埋大跨度连拱隧道模拟上下台阶法和三导洞法的施工过程，建立动态施工的有限元分析模型，通过对模拟结果地表沉降、围岩稳定性、拱顶沉降和中强应力的分析，从力学角度和施工工序对两种施工方案进行优化。胡雪罗、张新星n站(2014)模拟了大跨度双连拱隧道三种施工方案的开挖过程，得到并分析不同方案下的围岩应力、地表沉降、中隔墙应力、拱腰和拱顶沉降指标值，综合施工工期、施工难易程度和工程投资等方面对比优化了大跨度双连拱隧道的施工方案。赵玉肖n卵(2013)利用Midas-Gts有限元分析软件对下穿既有客运专线城市铁路双连拱隧道的不同施工方案进行模拟研究，建立有限元模型，分析结构受力和塑性区发展深度，比选旌工方法和超前预支护方案。刘春晓n41(2011)采用Midas／GTs有限元分析软件对深埋单拱大跨拱结构的开挖进行模拟，对单岩柱法、单侧壁导坑法、CRD四洞法、CRD六洞法四种旅工方案的地表沉降、洞室周边位移、塑性区产生范围等指标进行对比评价，得出CRD四洞法为最优方案。申灵君n司(2012)对软弱地层大断面隧道施工方案CRD法和三台阶七步法的围岩变形和支护结构受力进行数值模拟计算，采用多种方法对施工方案进行优化比选，讨论CRD法和三台阶七步法的施工工序、工艺流程等，评价上述施工方案的可行性和现场实施效果。龚建伍等n61(2009)对鹤上大断面小净距隧道施工方案的优化运用数值模拟方法，分别模拟中隔壁法、上下台阶法、双侧壁导坑法的施工过程，建立动态有限元分析模型，对围岩稳定性、地表沉降、拱顶下沉、中间岩柱应力等进行对比分析，综合施工力学、施工工序和施工技术等因素选取中隔壁法施工。蒋坤等n73(2012)建立离散元数值模型，对节理岩体中双向八车道小净距隧道施工方案进行优化。分别研究cD法、CRD法、双侧壁导坑法施工方案下隧道围岩水平位移、拱顶下沉、塑性区和中间岩柱水平位移的变化规律。丁改改n81等(2014)对非等大断面小净距地铁隧道施工方案优化分析，将左线小断面盾构法、右线大断面CRD法或双侧壁导坑法三种施工方案进行数值模拟和比选分析，结果表明采用先贯通大断面的CRD法和后掘进小断面的盾构法施工方案对围岩扰动小，更易于控制地表变形，降低成本和加快进度。任建喜等n町(2011)运用FLAC数值分析软件对浅埋暗挖隧道的预留核心土法和上下台阶法两种施工方案进行模拟，并用模型结果预测地表变形，建议超前小 万方数据第一章绪论导管和格栅钢架共同施工来控制地表沉降。周一鹏等乜们(2012)对台阶法、全断面法、侧壁导坑法、CRD法等施工方法进行数值仿真，分别从初衬内力、围岩位移、围岩应力三个方面比较，综合经济效益选择台阶法施工。曲守财心11(2012)介绍了天恒山隧道施工的微台阶法、CRD法和三台阶七步开挖法，并将其应用实效进行比较。1．2．3国外研究现状高海拔隧道的防冻胀等技术在国外发展很缓慢，日本发生漏水的铁路隧道占56％，而其中产生冻害的比例为34％。日本在2006年统计发生冻害的隧道占28．9％，对通行造成严重的影响口1。国外的高海拔冻土隧道工程有15．3千米的北穆亚隧道，6．7千米的贝加尔隧道、2．5千米的科达尔隧道等，北欧的挪威、日本北海道和加拿大等地也建成了一定数量的高海拔隧道，积累了部分经验，能为我国高海拔地区隧道工程的施工方案选择提供相应的借鉴心，。1．2．4隧道施工方案研究现状隧道施工方法有明挖法、暗挖法、盖挖法、沉井法和沉管法等。明挖法适用于地面构筑物少土质较稳定的浅埋隧道；暗挖法包括矿山法和盾构法，矿山法经过不断发展形成新奥法，其核心是采取喷锚等方法充分利用围岩自身的稳定性进行初期支护，而后施作二次衬砌作为承载储备。盾构法是利用自动化与智能化的专用盾构机械进行隧道掘进的方法，具有施工安全、快速、对围岩扰动小、环保、无噪音等优点，但盾构法造价相对较高，施工机械投入大，盾构机操作复杂需要专业人员晦’。具体的施工方法有全断面法、上下台阶法、三台阶七步法，环形开挖留核心土法、CD法，CRD法，上下导坑法，单双侧壁导坑法等。从目前的研究来看，将上述几种常用施工方法的特点总结如下晦L。51。表1．2常用施工方案特点开挖方法旌工工艺适用条件优点缺点工序少，便于施工管理；一次成形，对围岩开挖面较大，围全断按照隧道设计轮廓适用于I-III扰动少，有利于围岩稳岩扰动大、稳定定：开挖断面和作业空性降低、易变形，面法线一次开挖成形级稳定性围岩间大，干扰小；有利于每个循环工作量采用机械，开挖速度较较大快 万方数据重庆交通大学硕士毕业论文先开挖上半断面，适用于III—V有利于开挖面稳定；抑上下部作业有时上下待开挖至一定长度级围岩条件不制围岩收敛变形；有较相互干扰，对围台阶后同时开挖下半断允许或采用全大的工作空间和较快岩扰动次数增法面，上、下半断面断面无法控制的施工速度；使用设备加，围岩稳定性的围岩变形和简单、费用较低、工序受到不良影响：同时并进施工速度较全断开挖面稳定简单面法有所降低三台开挖过程分七个开施工空间大，方便机械阶七挖面，以前后七个适用于开挖断步法不同的位置相互错为100—180m2施工，可多作业面平行随着台阶分块数(分开同时开挖，分部具备一定自稳作业；当地质条件变化的增加，其旋工步台同时支护，形成支条件的IV、V时利于施工工序转换；速度和效率都会护整体，逐步向前级围岩适应多种断面形式和降低；阶法)不同跨度；推进环形断面分块多，围开挖在上部断面以弧形适用于一般土比侧壁法的机械化程留核度相对较高、施工速度岩受多次扰动，心土导坑先挖，其次开质或易坍塌、较快；台阶长度可适度支护结构形成全法(分挖下半部两侧，再断面较大的加长，减少各台阶施工断面封闭的时间步台开挖中部核心土IV、V级围岩长，围岩变形的干扰，增加掌子面稳定风险增大阶法)将断面分为左右不拆除中隔壁作业等的两大部分，先适用于V级无复杂，施工条件中隔开挖较小一侧并支偏压、深埋段能有效控制围岩的竖相对较差，不宜壁法护，在靠近未开挖围岩；或地层向位移和拱顶沉降，确采用大型机械快(CD一侧施作具有支撑较差和不稳定保围岩的稳定；cD法引速旌工，而且临作用的中隔壁，然围岩、地表沉起的地表沉降小于双法)时施工支护多。后再开挖并支护另陷要求严格的侧壁导坑法。投入大，不经济。一侧，最后拆除中工程；隔壁先开挖隧道一侧的各部开挖及支护自上若干部分，施作部适用于Ⅳ、V而下，步步成环，及时拆除中隔壁作业分中隔壁和横隔级偏压、浅埋封闭，且封闭成环时间复杂，风险大；施交叉板，再开挖另一侧段围岩：或围短，中隔壁能有效的阻工工作面缩小，中隔的若干部分，完成岩竖向和横向止支护结构和收敛变不宜采用大型机壁法横隔板施工；然后位移均较大且形和下沉，在控制地表械快速施工，施(CRD开挖最先施工一侧变形不收敛或沉降和土体水平位移工速度较慢；而法)的剩余部分，延长设计对收敛变等方面优于其他方法。且临时施工支护中隔壁，最后开挖形要求较高的CRD法比CD法减少地多，工序繁杂，余下部分，完成初条件表沉降将近50％；竖向造价相对较高支撑和横向支持均可支，拆除中隔壁阻止围岩变形双侧在开挖断面两侧预围岩较松散破能较好的控制较差围断面分块多，施6 万方数据第一章绪论壁导先开挖相对较小的碎或其他开挖岩条件下的变形量和工步骤繁琐，围坑法超前导洞，开挖支方法无法达到地表沉降，能确保掌子岩扰动大；开挖护完成后，再分步对围岩变形要面的稳定和控制隧道面较小，无法使开挖其余部分，分求时；多用于周边的松弛范围用大型机械，各步支护封闭成环并对地表沉降要工序间相互干拆除临时支护求严格的工程扰，旌工速度慢，和不良地质段造价高。1．3研究方法内容1．3．1研究方法考虑高海拔地区隧道施工的复杂性，本文拟采用数值模拟一层次分析法进行综合研究。①理论分析：对海拔高、气温低、缺氧等特殊条件下隧道施工进行理论分析。②数值模拟一层次分析评价：利用有限元软件迈达斯(Midas)对不同施工方案建立数值模型量化评价指标，构造层次分析模型和判断矩阵评价不同旖工方案，从而进行最优方案选择。③收集案例资料：对国道214线共和至玉树高速公路上的姜路岭隧道所处的地质条件、自然环境、气候特征进行调查分析，确定本文的案例。④总结规律：通过对实例工程进行施工方案评价，并得到最佳的施工方案，可为同类隧道工程施工方案的选择提供参考和借鉴。1．3．2研究内容本文在国内外现有研究成果的基础上，采用数值模拟一层次分析相结合的方法，主要对高海拔地区隧道工程的施工方案进行评价研究，主要研究点有以下几方面：①广泛查阅相关文献资料，了解目前高海拔地区隧道的建设状况、施工方法研究现状、施工方案研究手段和施工方案评价方法，为本文评价高海拔地区隧道工程施工方案提供支持。、②对高海拔隧道进行理论概述，包括高海拔隧道特点、隧道分类、典型施工方案介绍等。③分析隧道施工的力学特征，总结施工方案评价标准，对施工方案评价方法进行选择，介绍数值模拟一层次分析法的理论基础和操作流程，展现旌工方案评价 万方数据重庆交通大学硕士毕业论文的详细步骤。④总结层次分析法指标选取原则，利用有限元软件对不同施工方案建模，模拟计算并量化评价指标，得到不同施工方案的指标量化数值。⑤利用案例对本文选择的施工方案评价方法进行演算，交代姜路岭隧道的工程概况、设计情况，备选施工方案，利用数值模拟一层次分析法对其进行施工方案评价，得到各施工方案总评分及最优方案。1．4研究技术路线本文采用文献查阅、理论分析、有限元软件数值模拟、层次分析法对高海拔地区隧道工程旌工方案进行评价。本文研究技术路线图如下：高海拔隧道建设现状施工方案研究方法上+—一查阅相关文献f高海拔隧道施上理论概述+施工方案评价方法及过程◆I评价标准理论基础操作流程评价步骤评价指标数值模拟+◆l指标选取模型建立计算丫模拟结果丫案例分析◆结论与展望图卜1研究技术路线图 万方数据第一章绪论1．5本章小节本章作为全文开篇，首先介绍了高海拔隧道施工方案评价及选择的迫切性，对高海拔隧道的发展现状、国内外高海拔隧道研究、施工方案研究进行总结。其次，明确本文的研究方法为理论分析结合实际案例，并介绍了本文的研究内容；最后，给出了本文的研究技术路线。 万方数据重庆交通大学硕士毕业论文10 万方数据第二章高海拔隧道施工理论概述2．1高海拔隧道特点2．1．1基本概念高海拔指的是海拔高度大于1500米，地形开阔，周边伴有明显陡坡，较完整，面积较大的地区。高海拔地区在世界上分布较很广，约为地球陆地面积的百分之四十五，其主要特征是地势相对于高差较低但海拔特别高[22】。冻土是一种多相复合体，主要由矿物颗粒、未冻水、冰、气体等成分组成。2．1．2施工特征高海拔地区具有海拔高、温度低、氧气稀少等明显特征，从现有施工技术和一般隧道的施工特性出发，将高海拔地区隧道的施工特征总结为：①气候恶劣、冰冻期很长；如姜路岭隧道隧址区年平均气温一4．2摄氏度，全年冰冻期长达7个月，终年积雪，最大冻结深度为277cm。②施工条件很差；由于海拔高、寒冷、缺氧等恶劣环境，施工人员多有高原反应，难以适应致使体能大幅下降、施工机械缺氧而效率降低接近40％。高海拔地区的土石经过冻融后强度很低，沙石材料不能就地取材，需从低海拔地区运去，山上常年冰冻融化循环使隧道施工困难，工人的安全隐患增大，在隧道内部的施工降效幅度更为严重瞳31；③交通通讯困难；隧址区一般都人口稀少，几乎没有通讯信号，环境恶劣，交通极不方便，人员和物资进出困难。④寒冷的气候对混凝土的施工质量有很大影响。⑤施工进度和施工安全性降低； 万方数据重庆交通大学硕士毕业论文2高海拔隧道分区及分类2．2．1高海拔隧道分区高海拔地区隧道是从冻融天数和冻结深度分区的，按照冻融与否和冻融深度将冻害分成轻、中、重三个等级：冰冻期大于90天、年最大冻融深度大于0．8米的属于轻度冻害；冰冻期大于90天小于180天、年最大冻融深度大于1．8米的属于中等冻害：冰冻期大于180天、年最大冻融深度大于2．5米的多年冻土区属于重度病害阻“：具体见下表。姜路岭隧道隧址区年平均气温一4．2摄氏度，全年冰冻期长达7个月，最大冻结深度为277cm，．从下表得出姜路岭隧道处于重度病害，在隧道施工过程中需考虑冻土的影响。表2．1高海拔地区隧道分区简表名称冻土类型冻结深度h(m)冻结日期(d)年平均气温t(℃)轻度病害中季节冻土0．8≤h≤1．890