軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)分析

馮 躍

(廣州誠(chéng)信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，廣東 廣州 510420)

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軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)分析

馮 躍

(廣州誠(chéng)信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，廣東 廣州 510420)

對(duì)路橋工程軟弱地層大斷面隧道施工產(chǎn)生更加全面的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)其整體水平提升，在對(duì)軟弱地層大斷面隧道的基本力學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程案例，針對(duì)軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)展開(kāi)研究。

軟弱地層；大斷面隧道施工；方案優(yōu)化；施工技術(shù)

1 軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)

1.1 案例工程介紹

某路橋工程由于所處地理位置的地質(zhì)條件較差，所以隧道埋深相對(duì)較淺，為20 m，最大埋深不超過(guò)50 m，開(kāi)挖高度和跨度分別為13.5 m和16 m，開(kāi)挖斷面面積為105 m2，炭質(zhì)頁(yè)巖、砂巖、灰?guī)r為主要的基巖構(gòu)成，巖層性質(zhì)屬于泥質(zhì)灰?guī)r或偶夾灰?guī)r，隧道橫穿的巖層穩(wěn)定性和強(qiáng)度均不理想，地下水雖然在開(kāi)挖過(guò)程中滲透的幾率較小，但其呈弱酸性，腐蝕性明顯，地表水以大氣降水為主，可見(jiàn)此項(xiàng)工程屬于軟弱地層大斷面隧道施工工程。

1.2 軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化

通過(guò)對(duì)類(lèi)似工程施工數(shù)據(jù)及案例工程施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況的對(duì)比分析，結(jié)合施工的工期以及開(kāi)挖成本等實(shí)際數(shù)據(jù)，確定案例工程應(yīng)用CRD法和三臺(tái)階七步開(kāi)挖法兩種施工方案都具有可行性，為選擇最優(yōu)施工方案，利用FLAC2D軟件建立計(jì)算模型，對(duì)兩種方案中地層變形和結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)CRD進(jìn)行FLAC2D軟件模擬時(shí)，針對(duì)斷面的上中下分六部分開(kāi)挖，首先第1部開(kāi)挖，利用單循環(huán)開(kāi)挖0.5 m，噴射厚度為4 cm的混凝土，當(dāng)開(kāi)挖長(zhǎng)度累計(jì)達(dá)到3 m以上后，對(duì)2部進(jìn)行單循環(huán)開(kāi)挖，開(kāi)挖的長(zhǎng)度、噴射混凝土的厚度等均與1部相同，當(dāng)累計(jì)長(zhǎng)度也達(dá)到3 m以上時(shí)，進(jìn)行第3部開(kāi)挖，依次循序開(kāi)展直至第6部，開(kāi)挖長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，將臨時(shí)搭建的鋼架拆除，然后進(jìn)行仰拱回填，最后利用襯砌模板臺(tái)車(chē)實(shí)現(xiàn)隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑。在對(duì)三臺(tái)階七步開(kāi)挖法進(jìn)行FLAC2D軟件模擬時(shí)，此方案要求利用7個(gè)開(kāi)挖面同時(shí)開(kāi)挖，分別支護(hù)，通過(guò)同步進(jìn)行達(dá)到縮短工期的目的，在方案應(yīng)用的初期，以平行支護(hù)作為初期支護(hù)，從而使下臺(tái)階出現(xiàn)封閉、穩(wěn)定的支護(hù)體系，其將斷面分為四個(gè)主要的部分，在錯(cuò)臺(tái)臺(tái)階的方式下開(kāi)挖，可以保證開(kāi)挖的安全性，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通常上部相比中部、中部相比下部、下部相比底部相比超前幾厘米的距離，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)開(kāi)挖，當(dāng)上臺(tái)階開(kāi)挖高度、上臺(tái)階開(kāi)挖高度、上臺(tái)階開(kāi)挖高度分別控制在4～5 cm，3～4 cm和3～4 cm的情況下，開(kāi)挖的速度和操作的可行性更有保證，需要注意的是，應(yīng)用此方案開(kāi)挖輪廓線(xiàn)內(nèi)要預(yù)留厚度在30 cm左右的空間，用鐵鍬人工開(kāi)挖。

在模型建立后，將施工現(xiàn)場(chǎng)各地層的粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化頁(yè)巖、強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖、微風(fēng)化頁(yè)巖、超前導(dǎo)管加固區(qū)、初期支護(hù)、二次襯砌等物理參數(shù)帶入模型中，發(fā)現(xiàn)在各開(kāi)挖步中，CRD的沉降程度和沉降范圍相比三臺(tái)階七步開(kāi)挖法都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，兩者開(kāi)挖后累計(jì)最大沉降值分別為2.1 cm和8.5 cm，可見(jiàn)前者對(duì)圍巖擾動(dòng)的程度相比后者更小，兩者在模擬中引起的最大地表沉降值和最大拱頂沉降值分別為3.4和4.5、8.9和10.5，所以CRD相比三臺(tái)階七步開(kāi)挖法更有利于保證圍巖的穩(wěn)定性。在圍巖擾動(dòng)分析方面，通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，兩者開(kāi)挖引起的圍巖最大剪應(yīng)變分別為10×10-3和70×10-3,在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方面發(fā)現(xiàn)，CRD和三臺(tái)階七步法開(kāi)挖時(shí)初支軸力最大值分別為550千牛和888千牛左右，而兩者的每米的彎矩最大值分別在160千牛和76千牛左右?？梢?jiàn)，前者開(kāi)挖的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力相比后者存在較明顯的不均勻性，后者更有利于保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；在二襯安全系數(shù)分析方面發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)二襯結(jié)構(gòu)受力的影響較為接近，所以可在次案例工程中有意識(shí)的忽略此項(xiàng)參數(shù)，在方案對(duì)比優(yōu)化中的借鑒過(guò)程。結(jié)合案例工程的實(shí)際情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)，以及兩種方案在FLAC2D軟件模擬中的參數(shù)分析結(jié)果，從安全角度考慮，應(yīng)選擇CRD施工方案。

1.3 軟弱地層大斷面隧道施工技術(shù)

在應(yīng)用CRD施工方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工的過(guò)程中要注意現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控測(cè)量技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)主要包括地表沉降量測(cè)和周邊及拱底下沉量測(cè)兩個(gè)方面。前者在觀(guān)測(cè)的過(guò)程中要應(yīng)用精密水準(zhǔn)儀，兩側(cè)端面范圍內(nèi)，通過(guò)設(shè)置通視條件、測(cè)量操作、牢固性等均較理想的基準(zhǔn)點(diǎn)和位于隧道軸線(xiàn)及其兩側(cè)的地面測(cè)點(diǎn)，在隧道開(kāi)挖前30 m左右的距離開(kāi)始測(cè)量；而后者在測(cè)量的過(guò)程中既要應(yīng)用精密水準(zhǔn)儀，又要利用鋼圈尺、精密因瓦水準(zhǔn)尺等，將位于隧道開(kāi)挖毛洞拱頂?shù)膾煦^預(yù)埋件作為測(cè)樁，此時(shí)需要利用收斂?jī)x圍巖周邊收斂。在施工控制的過(guò)程中，需要對(duì)開(kāi)挖進(jìn)尺、步長(zhǎng)、支護(hù)、仰拱和二襯、防排水、施工安全、變形程度等方面進(jìn)行控制管理，例如案例工程在開(kāi)挖的過(guò)程中，為避免發(fā)生線(xiàn)控問(wèn)題，需要對(duì)超挖行為進(jìn)行控制，將上下臺(tái)階之間的長(zhǎng)度和左右側(cè)的開(kāi)挖間距分別控制在4 m和10 m左右，而且下臺(tái)階循環(huán)開(kāi)挖過(guò)程中的進(jìn)尺間距要在3 m以?xún)?nèi)，在施工的過(guò)程中要有意識(shí)地將拱底的積水排出，避免地面沉降程度過(guò)大造成危險(xiǎn)。在軟弱地層大斷面隧道施工的過(guò)程中，監(jiān)控測(cè)量技術(shù)是保證施工結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，判斷施工方案可行性的重要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工過(guò)程具有指導(dǎo)意義，指導(dǎo)流程如圖2所示，案例工程中，利用監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)開(kāi)挖、支護(hù)等進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)施工技術(shù)效果檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其拱頂沉降、周邊收斂的最大值和地表最大沉降量分別為21.7 cm，20.6 cm和6.7 cm，施工效果均滿(mǎn)足施工規(guī)范的要求，而且在施工的過(guò)程中可以保證工程的穩(wěn)定性，施工的安全性較高，換言之，施工技術(shù)的應(yīng)用基本可以滿(mǎn)足施工質(zhì)量的要求，但通過(guò)案例工程的施工過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)，利用CRD方案相關(guān)的施工技術(shù)進(jìn)行施工，由于大型施工機(jī)械的應(yīng)用受到一定的限制，所以施工的功效相對(duì)較低，而且在施工的過(guò)程中向其他施工方法轉(zhuǎn)化的難度較大，需要眾多的臨時(shí)支護(hù)提供安全保證，在一定程度上增加了施工成本，而且施工中各工序之間存在一定的干擾，特別是混凝土噴射的難度較大，在混凝土施工的過(guò)程中需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)。

2 結(jié) 論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到大斷面隧道已經(jīng)成為隧道建設(shè)的必然方向，并在實(shí)踐中結(jié)合軟弱地層的實(shí)際特點(diǎn)，針對(duì)其大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)展開(kāi)研究，現(xiàn)階段雖然取得了一定的成效，但仍需要在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)深化和完善。

[1] 李紅兵．軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)[J]．山西建筑，2014，(28)：197-199．

[2] 高偉民．軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)研究[J]．江西建材，2015，(5)：134．

[3] 向周貴．軟弱地層大斷面隧道施工技術(shù)[J]．交通世界(運(yùn)輸．車(chē)輛)，2015，(3)：137-138．

2016-08-03

馮躍(1986-)，男，廣東梅州人，中級(jí)工程師，研究方向：路橋。

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1008-3383(2016)11-0132-02