淺埋偏壓軟巖段大斷面連拱隧道施工技術(shù)研究

淺埋偏壓軟巖段大斷面連拱隧道施工技術(shù)研究

Summary：隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市道路功能需求的逐漸增加，對隧道斷面的要求也越大，建設(shè)中出現(xiàn)了許多大斷面以及超大斷面隧道，目前國內(nèi)已經(jīng)建成或在建的雙向八車道隧道有：福州金雞山隧道、大連韓家?guī)X隧道、深圳雅寶隧道，這些隧道均為雙向8車道，隧道內(nèi)輪廓超過18m的大跨度雙連拱隧道。連拱隧道圍巖荷載分布和支護(hù)力學(xué)特性較為復(fù)雜，施工工序多，巖體和支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。在二次襯砌施加前，設(shè)計時有必要對開挖工序中的初支結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性進(jìn)行分析與驗(yàn)算。Keys：淺埋偏壓；連拱隧道；施工技術(shù)引言明挖基坑因具有高效、快速、容易組織施工等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于地鐵車站建設(shè)中，而實(shí)際建造過程中，面對管線遷改量大、交通疏解困難、周邊建筑物眾多等復(fù)雜施工環(huán)境，大規(guī)?；娱_挖難以實(shí)施，局部連拱隧道暗挖方法應(yīng)運(yùn)而生。暗挖隧道由于需要下穿建筑、管線等設(shè)施，其自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及不同施工方案均對上部環(huán)境有一定影響，因此，研究其動態(tài)施工過程具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。一、技術(shù)原理和方法（一）初支結(jié)構(gòu)內(nèi)力強(qiáng)度隨著開挖的進(jìn)行,初支結(jié)構(gòu)上內(nèi)力和位移逐漸增大，當(dāng)左右兩主洞開挖完成后,初支內(nèi)力最大。在開挖過程中左洞初支所受的軸力始終較大，而左洞初支彎矩先是小于右洞，而后大于右洞。即左洞內(nèi)部土被完全挖除之前。右洞所受的軸力較小而彎矩較大，初支結(jié)構(gòu)承受較大的偏心作用，此階段對右洞的初支結(jié)構(gòu)為不利階段。隨著開挖的進(jìn)行到第10步之后，右洞左側(cè)的巖土體被完全挖除轉(zhuǎn)而由初支結(jié)構(gòu)替代后，對右洞邊坡推力減少，偏壓狀態(tài)得到緩解。盡管左洞承受一定的彎矩，但每步開挖過程中軸壓作用明顯，與中隔墻、偏壓擋墻形成一個整體，偏壓狀態(tài)處于可控的范圍內(nèi)。（二）圍巖應(yīng)力重分布狀態(tài)分析中導(dǎo)洞開挖過程中隧道周邊圍巖應(yīng)力重分布狀態(tài)。中導(dǎo)洞上臺階開挖，開挖卸荷作用導(dǎo)致原土體承受的地應(yīng)力轉(zhuǎn)移至硐室兩側(cè)壁，隨中臺階和下臺階開挖，應(yīng)力集中區(qū)域不斷向下延伸，但應(yīng)力最大值僅由0．84MPa增大至1MPa，原因在于上臺階開挖已釋放一部分地應(yīng)力，中下臺階開挖對周邊圍巖影響相對較小。中導(dǎo)洞貫通后應(yīng)力集中區(qū)域主要分布在中導(dǎo)洞的兩豎直側(cè)壁處，最大值約1MPa，隨距離側(cè)壁位置變遠(yuǎn)，應(yīng)力不斷降低。左側(cè)洞CＲD法開挖圍巖應(yīng)力分布。左洞左上臺階的開挖導(dǎo)致應(yīng)力集中區(qū)域向左側(cè)擴(kuò)展，此時側(cè)洞左側(cè)接近拱腰處以及開挖上臺階與中導(dǎo)洞之間的區(qū)域均分布有較大的應(yīng)力;左洞左下臺階開挖導(dǎo)致應(yīng)力集中區(qū)域增大，側(cè)洞拱腰部位以及右上、右下臺階處均存在應(yīng)力集中現(xiàn)象;左洞右上臺階開挖導(dǎo)致側(cè)洞圍巖喪失大部分承載能力，地應(yīng)力明顯向中隔墻轉(zhuǎn)移，此時右上臺階掌子面、右下臺階以及中隔墻偏向左側(cè)洞方向均出現(xiàn)了最大應(yīng)力，并隨右下臺階開挖圍巖應(yīng)力增大繼續(xù)增大。本研究中，右側(cè)洞開挖圍巖應(yīng)力變化規(guī)律與左側(cè)洞相似，隨右洞開挖中隔墻應(yīng)力不斷增大。（三）施工技術(shù)原理中導(dǎo)洞＋三臺階七步開挖法是大斷面隧道施工的一種高效施工方法。它充分利用開挖的時空效應(yīng)，加強(qiáng)工序、工種與立體交叉施工組織，結(jié)合臺階法和側(cè)壁導(dǎo)坑法的優(yōu)勢，將全斷面的集中開挖調(diào)整為分散錯位開挖，通過弧形導(dǎo)坑和預(yù)留核心土確保掌子面穩(wěn)定，以加快循環(huán)作業(yè)，及時達(dá)到支護(hù)成環(huán)的目的。（四）隧道施工控制措施（1）為避免左右幅隧道同時開挖造成大范圍的擾動，連拱隧道左幅蓋挖施工時，嚴(yán)格按先施工左幅蓋挖段再施工右幅暗挖段的次序開展，即蓋挖段二次襯砌澆筑完成前，不得進(jìn)行右幅暗挖段施工。（2）洞口段陡峭山體土石方開挖應(yīng)嚴(yán)格量測、精準(zhǔn)控制，以機(jī)械為主的精細(xì)化修剔方式，滿足蓋挖段鋼架架設(shè)等工序要求即可，最大限度地減小坡體擾動，隧道臨空側(cè)及靠近連拱位置2m范圍內(nèi)嚴(yán)禁爆破開挖。（五）軟巖封閉止水加固技術(shù)由于隧道建設(shè)場區(qū)地勢高，四周路網(wǎng)的建設(shè)一定程度隔離了地層地下水的排泄，造成場區(qū)內(nèi)地下水位較高，且洞頂覆蓋層起伏較大，天然形成多處匯水地段，季節(jié)性降水形成的地表水下滲進(jìn)一步抬高地下水位，同時隧道沿線魚塘水位均高于隧道設(shè)計標(biāo)高，在裂隙發(fā)育的全風(fēng)化泥質(zhì)板巖中極易形成過水通道而影響隧道開挖。隧道在開挖過程中常見掌子面滲水、涌水現(xiàn)象，降低了圍巖自穩(wěn)能力，初支完成后持續(xù)滲水，極易產(chǎn)生由于初支沉降過大而造成初支侵限的問題。（六）隧道襯砌是為了防止圍巖變形或坍塌的永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)王云隆等通過模擬黃土嶺隧道施工過程，在隧道偏壓情況下先開挖偏壓較大一側(cè)洞室有利于降低隧道圍巖變形量，并得出３次襯砌中第１次襯砌相較于第２次襯砌對降低圍巖變形量的影響更大。張春洪等通過現(xiàn)場試驗(yàn)研究雙連拱隧道施工過程初期支護(hù)和二次襯砌的受力得出：二次襯砌的存在使得隧道快速達(dá)到受力穩(wěn)定狀態(tài)。陳華艷等采用有限元數(shù)值模擬的分析方法，考慮隧道所處的特殊地質(zhì)條件，模擬隧道開挖施工全過程，采取擬定的襯砌修筑工程措施，可以保證隧道施工過程中地面建筑物與隧道自身安全。馬福彬等通過數(shù)值模擬研究二次襯砌受力狀態(tài)，指導(dǎo)二次襯砌的合理設(shè)置，降低襯砌破壞的概率。（七）超前管棚預(yù)加固施工技術(shù)其原理是圍繞擬開挖的隧道剖面進(jìn)行水平鉆孔，然后在孔中鋪設(shè)空心鋼管，圍繞鋼管水泥破碎的圍巖，圍繞隧道剖面形成環(huán)形強(qiáng)化防護(hù)帶，并在支架保護(hù)下進(jìn)行隧道開挖工作這項(xiàng)技術(shù)在70年代首次應(yīng)用于比利時安特衛(wèi)普地鐵站的建設(shè)，后來在各國的隧道工程中得到廣泛應(yīng)用。近年來國內(nèi)外學(xué)者對隧道支護(hù)方向進(jìn)行了大量研究，主要包括現(xiàn)場施工試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬分析和理論分析。但先進(jìn)棚預(yù)加固技術(shù)的應(yīng)用研究不足以穿越淺埋雙拱隧道穿越破碎斷層。因此，有必要深入研究管棚在淺埋多拱隧道洞口段的應(yīng)用，以便更好地指導(dǎo)穿越山區(qū)軟弱破碎斷層的淺埋隧道洞口段的施工。（八）支護(hù)方案及參數(shù)選擇根據(jù)中間洞開挖過程中形成的地質(zhì)信息，有四種支撐方案:管棚支撐；管殼+鎖腳錨固支架；管護(hù)+前置管護(hù)面；套管+閉鎖腳錨+前小導(dǎo)管注射支架。文章采用FLAC3D大規(guī)模數(shù)值模擬軟件，通過比較隧道點(diǎn)的最大位移，對上述四個支撐平面進(jìn)行數(shù)值模擬分析。圍巖、初始支護(hù)和二次襯砌機(jī)械參數(shù)；(2)管殼+閉鎖腳支護(hù)。隧道由管棚+鎖腳錨固支架保護(hù)。當(dāng)隧道采用管殼+鎖腳錨固支架時，隧道開通后，位移連接隧道在主孔開通后和支架保護(hù)完成后，圍繞主孔有0.38mm的小收斂，風(fēng)箱增厚集中在的兩個風(fēng)箱之間的區(qū)域并且整個區(qū)域的最大沉降值為10，627mm.(3)管殼+先進(jìn)小導(dǎo)管泥漿注入支架。隧道采用小超前導(dǎo)管+支架機(jī)庫，小超前導(dǎo)管在加筋隧道前起到未開挖的巖體作用，模擬過程中通過強(qiáng)化巖體強(qiáng)度參數(shù)模擬了小超前導(dǎo)管的作用。結(jié)束語在隧道開挖過程中，由于隧道開挖部分自重應(yīng)力的消失，導(dǎo)致隧道頂部和底部會產(chǎn)生垂直隧道開挖方向的垂直應(yīng)力，由于應(yīng)力的重分布，隧道在開挖后，中隔墻和拱腳位置產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，相較于其他位置中隔墻需要承擔(dān)較大應(yīng)力，變截面隧道的中隔墻承受了更大的豎向應(yīng)力，需要進(jìn)行特殊加固處理。Reference［1］來弘鵬，劉苗，謝永利．黃土地區(qū)淺埋暗挖三連拱地鐵隧道圍巖壓力特征研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2011，30(S1):3103-3111．［2］陳根鎖．淺埋大跨雙連拱隧道快速施工技術(shù)研究［J］．鐵道建筑，2007(7):51-53．［3］郭洪濤，馬甲寬，代家寶，等．黃土地區(qū)地鐵雙連拱隧道淺埋暗挖施工變形特征研究———以西安地鐵5號線