淺埋偏壓隧道洞口施工技術(shù)研究

李文龍

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110136）

淺埋偏壓隧道洞口施工技術(shù)研究

李文龍

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110136）

文章從隧道開挖和支護(hù)的安全性角度出發(fā)，論述了淺埋偏壓隧道洞口設(shè)計(jì)與施工措施，并采用了三維快速拉格朗日差分法（FLAC3D）對(duì)在施工過(guò)程中的支護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)開挖支護(hù)后圍巖的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)以及塑性區(qū)特征的分析針對(duì)性提出一些建設(shè)性建議，以期對(duì)施工有所幫助。

淺埋偏壓；隧道洞口；施工技術(shù)；穩(wěn)定性

當(dāng)前我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正處于高速發(fā)展階段，在道路建設(shè)的過(guò)程中，隧道建設(shè)規(guī)模同比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于道路建設(shè)規(guī)模，體現(xiàn)了我國(guó)交通正在由城市逐漸的延伸到山區(qū)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入了新的活力。然而，盡管說(shuō)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和理論研究我國(guó)隧道施工技術(shù)已經(jīng)趨于完善，但是對(duì)于淺埋偏壓隧道洞口施工至今仍缺乏一個(gè)完整、可行的施工技術(shù)方案，很多情況下施工單位都是以其它施工技術(shù)為參照摸索施工，對(duì)施工進(jìn)程造成了很大影響?；诖?，筆者以自身的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)結(jié)合相關(guān)的理論研究，對(duì)其施工進(jìn)行了研究。

1 設(shè)計(jì)與施工

1.1 超前長(zhǎng)管棚

在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)工程施工的過(guò)程中技術(shù)人員通常會(huì)采用超前長(zhǎng)管棚這一支護(hù)技術(shù)。從理論上將，超前長(zhǎng)管棚實(shí)際上就是在施工之前就在將要施工的地下結(jié)構(gòu)襯砌拱圈隱埋弧線上通過(guò)設(shè)置慣性力矩加大的厚壁鋼管的形式來(lái)達(dá)到預(yù)先支護(hù)的目的，從而確保了在施工的過(guò)程中由于洞頂覆蓋較薄等因素導(dǎo)致的巖石坍塌或者地表下沉等現(xiàn)象的出現(xiàn)，此外采用超前長(zhǎng)管棚這一施工設(shè)備和技術(shù)的可以確保施工過(guò)程中遇到松軟地層的時(shí)候超前長(zhǎng)管棚也能夠結(jié)合圍巖預(yù)注漿成為一種新的行之有效的施工方法，可以說(shuō)具有很強(qiáng)的靈活操作性。同其它施工技術(shù)相比，超前長(zhǎng)管棚的最大優(yōu)勢(shì)在于不需要大型的施工設(shè)備就能夠應(yīng)用，效果明顯，因此可謂是解決淺埋偏壓隧道洞口施工問(wèn)題的一種有效措施。在實(shí)際的操作中，超前長(zhǎng)管棚的施工標(biāo)準(zhǔn)一般為鋼管長(zhǎng)度大致在20M左右，在隧道洞口的拱部 120°C的范圍內(nèi)進(jìn)行鋪設(shè)，在施工的過(guò)程中遇到松軟地層需要注漿的時(shí)候要保證水泥漿的水灰之比在1:0.8左右，注漿的壓力保證在2MPa左右，當(dāng)然由于地質(zhì)環(huán)境和地理環(huán)境的不同，其施工所遇到的問(wèn)題也是有著較大的差別的，因此需要因時(shí)、因地制宜，以標(biāo)準(zhǔn)為參照，結(jié)合具體的施工狀況來(lái)選擇合適的鋼管和注漿技術(shù)，確保淺埋偏壓隧道洞口施工的順利完成。

1.2 施工支護(hù)

無(wú)論是超前長(zhǎng)管棚還是超前小導(dǎo)管都側(cè)重于在施工之前來(lái)加強(qiáng)淺埋偏壓隧道洞口的圍巖性能的方式確保施工的順利完成，但是在施工的過(guò)程中隧道的圍巖并不是一直穩(wěn)定不變的，其性能會(huì)隨著工程的進(jìn)展出現(xiàn)新的變化，例如隧道洞口的仰坡會(huì)隨著施工逐漸的出現(xiàn)多處不連續(xù)、不規(guī)則的噴錨裂紋，隧道洞口的拱部出現(xiàn)裂紋等，這些都會(huì)對(duì)施工造成嚴(yán)重的影響，因此需要采取增強(qiáng)措施來(lái)加強(qiáng)支護(hù)。對(duì)此筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面著手：首先是在隧道洞口回填土石的一側(cè)繼續(xù)采用回填土石的方式來(lái)平衡隧道洞口的偏壓力，也可以采取砌筑擋墻的方式來(lái)平衡偏壓力，值得注意的是擋墻的厚度要在2M以上，擋墻的高度最少要和隧道洞口拱部持平，如此方能夠確保平衡偏壓力目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；其次是在隧道洞口的拱腰位置采用打設(shè)小導(dǎo)管的方式來(lái)固結(jié)圍巖，采用6M左右的鋼管垂直打入圍巖中，然后注入水泥、水玻璃雙液漿，從而提高圍巖的性能；最后是隧道洞口的下半斷面落底后要即時(shí)的在隧道洞口拱腳位置設(shè)置水平橫撐，兩端與工字鋼焊接，進(jìn)一步形成共同支護(hù)環(huán)，提高支護(hù)效果。如此一來(lái)淺埋偏壓隧道洞口施工中拱頂?shù)南鲁亮繉?huì)逐漸的減小并趨于穩(wěn)定，基本上不會(huì)產(chǎn)生新的裂縫。

2 淺埋偏壓隧道洞口穩(wěn)定性分析

2.1 FLAC3D數(shù)值的計(jì)算

FLAC3D數(shù)值計(jì)算首先要做的就是確定淺埋偏壓隧道洞口地段的巖體物理力學(xué)參數(shù)，對(duì)于這一點(diǎn)筆者認(rèn)為可以通過(guò)確定巖層的組成部分結(jié)合相關(guān)的巖體力學(xué)參數(shù)表就可以正確的確定施工區(qū)域的巖體物理力學(xué)參數(shù)；其次是要確定初始地應(yīng)力場(chǎng)，一般而言初始地應(yīng)力場(chǎng)都是在施工區(qū)域的垂直方法按自重考慮，水平地應(yīng)力側(cè)壓力系數(shù)取0.8即可；然后是截取淺埋偏壓隧道洞口的Yk74+082.5剖面進(jìn)行三維計(jì)算，在構(gòu)建三維計(jì)算模型之時(shí)一般將水平方向視為X軸，隧道洞口的豎直方向視為Y軸，隧道開挖方向視為Z軸，其中X軸的取值在—60M到60M之間，Y軸的取值則在—60M到0M之間，Z軸的取值均為2M，最后采用臺(tái)階法進(jìn)行Yk74+082.5剖面的挖掘，根據(jù)挖掘進(jìn)行FLAC3D數(shù)值的計(jì)算。

2.2 位移場(chǎng)分析

采用臺(tái)階法進(jìn)行開挖之后，由于應(yīng)力的釋放，淺埋偏壓隧道洞口的圍巖會(huì)出現(xiàn)一定的位移現(xiàn)象，此時(shí)就可以根據(jù)FLAC3D數(shù)值的計(jì)算結(jié)果對(duì)其位移場(chǎng)進(jìn)行分析，從而確定其穩(wěn)定性。例如在圍巖位移表現(xiàn)為底板以豎向位移為主，拱部以水平位移為主，拱部位移幅度大于豎向位移幅度時(shí)，就可以直接的判定拱部的偏壓值過(guò)大導(dǎo)致了該現(xiàn)象的出現(xiàn)，然后根據(jù)Yk74+082.5剖面FLAC3D數(shù)值計(jì)算結(jié)果來(lái)對(duì)處在淺埋偏壓地段且圍巖性能較弱的洞口及時(shí)的采取有效措施，使其盡早的形成封閉受力環(huán)，從而增強(qiáng)隧道洞口圍巖的整體穩(wěn)定性。

2.3 應(yīng)力場(chǎng)分析

在隧道開挖之前，巖體的應(yīng)力場(chǎng)處于一種平衡狀態(tài)，一旦開挖隧道，這個(gè)平衡狀態(tài)就會(huì)被打破，圍巖各代表性路徑上切向應(yīng)力會(huì)顯著的增加，并且越靠近開挖面增加的幅度也就越大，而徑向應(yīng)力則會(huì)顯著的減小，同樣越靠近開挖面減小的幅度越大。如此可以根據(jù)Yk74+082.5剖面開挖之后FLAC3D數(shù)值來(lái)確定開挖面的應(yīng)力差，從而確定支護(hù)措施。例如隨著開挖面應(yīng)力場(chǎng)的顯著增大，圍巖在開挖出的雙軸受力將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閱屋S受力，而圍巖的單軸受力強(qiáng)度要明顯的低于雙軸受力強(qiáng)度，這種情況下淺埋偏壓隧道洞口圍巖的性能處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，而在采取襯砌技術(shù)之后，圍巖的徑向應(yīng)力會(huì)有所加大，切向應(yīng)力也會(huì)有所減少，從而有效的減小了開挖面的應(yīng)力差，使得開挖面繼續(xù)維持雙軸受力不變，確保了淺埋偏壓隧道洞口圍巖的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

在不良地質(zhì)條件下進(jìn)行隧道施工，安全進(jìn)洞是關(guān)鍵，因此在施工的過(guò)程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工的同時(shí)，當(dāng)遇到隧道圍巖發(fā)生變形的現(xiàn)象時(shí)應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)加固圍巖的性能，確保施工安全。以筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，淺埋偏壓隧道洞口的施工應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)的分析地表、圍巖以及初期支護(hù)的變形情況，嚴(yán)格的遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤觀測(cè)”的原則來(lái)制定施工對(duì)策，做好施工初期的支護(hù)工作和地表防排水措施，確保淺埋偏壓隧道洞口工程的順利進(jìn)行。

[1]王書剛,李術(shù)才,王剛,王向剛,林春金.淺埋偏壓隧道洞口施工技術(shù)及穩(wěn)定性分析研究[J].巖土力學(xué).2006.10

[2]劉小軍,張永興.淺埋偏壓隧道洞口段合理開挖工序及受力特征分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).2011.S1

[3]張維.淺埋偏壓軟巖隧道洞口段失穩(wěn)原因分析及其施工對(duì)策[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版).2012.04

Construction Technique of Shallow bias tunnel portal

LI Wen-long
(Railway 19th Bureau Group III Engineering Limited,Shenyang Liaoning 110136)

Articles from a security point of tunnel excavation and shoring,discusses the shallow,partial tunnel portal design and construction measures,and the use of three-dimensional fast Lagrangian method (FLAC3D)on the construction process of supporting data simulation,to make some constructive suggestions by the stress field,displacement field and plastic zone features rock excavation and support after the analysis targeted to help the construction.

Shallow bias; Tunnel Entrance; Construction Technology; Stability

：A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.062

1672–7304(2016)01–0133–02

（責(zé)任編輯：吳芳）

李文龍（1983-），男，遼寧遼陽(yáng)人，研究方向：工程施工。