漳浦港城大道巷內(nèi)隧道洞口開挖工法研究

■許筱明

（漳州市交通建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督局，漳州 363000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的大力發(fā)展，交通需求量逐年增多，帶動了隧道的大量建設(shè)。隧道建設(shè)經(jīng)常在淺埋、偏壓等地質(zhì)條件下作業(yè)，為保證隧道結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，對隧道施工技術(shù)的研究方興未艾。

在隧道施工工法、支護體系等方面，王志軍等[1,2]對隧道的施工工藝進行了研究，提出了保證隧道安全施工的策略。陳迪等[3-4]認為隧道是道路施工中的重要部分，隧道施工工藝和管理方法是隧道施工過程中的核心因素，直接影響著隧道的施工質(zhì)量。高利平等[5-6]闡述了當前隧道工程的支護設(shè)計方法以及隧道施工技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出當前隧道施工的缺陷。諸多學者研究了隧道的開挖方法和施工工藝，探討隧道施工過程中的開挖方案和隧道監(jiān)測等技術(shù)，對隧道的安全和穩(wěn)定具有重大意義。

本文依托漳浦港城大道巷內(nèi)隧道工程，對比分析隧道洞口的開挖方法，探討隧道施工過程中的開挖方案和隧道監(jiān)測技術(shù)，確定合理的施工方法，保證隧道的開挖安全。

1 工程概況

1.1 隧道簡介

漳浦港城大道巷內(nèi)隧道工程位于漳浦縣，該隧道為左右洞分離設(shè)置，全長1360m，寬14.00m，高 5.0m，為一級公路雙向六車道隧道，其洞口基本信息如表1所示。

表1 巷內(nèi)隧道洞口基本信息表

1.2 隧道地質(zhì)條件

隧道區(qū)洞身段屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏大，下緩上陡，天然山坡坡度約 25°～35°，山脊（頂）陡峭；隧道出口側(cè)自然山坡坡度約30°～35°，洞口圍巖為殘坡碎石土及砂土狀—碎塊狀強風化花崗巖，地下穩(wěn)定水位高于隧道頂板，易坍塌，且隧道出口段兩側(cè)山溝的平緩地帶因長期積水而零星分布軟弱土層，穩(wěn)定性較差。隧道出口地面高程52～58m，隧道軸線最大海拔標高175.5m，植被發(fā)育。

2 隧道洞口主要開挖方案

2.1 雙側(cè)壁導坑法及數(shù)值模擬

（1）雙側(cè)壁導坑法

根據(jù)該隧道出洞口段埋深及圍巖情況，采取雙側(cè)壁導坑法，其工藝流程如下：

①對左側(cè)導坑進行開挖，每循環(huán)進尺1榀鋼拱架距離；②對左側(cè)導坑進行初期支護，設(shè)鎖腳錨桿；③滯后左側(cè)導坑距離≥15m時，開挖右側(cè)導坑，人工配合整修，每循環(huán)進尺1榀鋼拱架距離；④對右側(cè)導坑進行初期支護，設(shè)鎖腳錨桿；⑤左側(cè)導坑開挖30m～50m時，中間導坑上臺階進行開挖，每循環(huán)進尺1榀鋼拱架距離；⑥中間導坑上臺階初期支護；⑦中間導坑上臺階開挖3m～5m時，開挖中間導坑下臺階，每循環(huán)進尺1榀鋼拱架距離；⑧中間導坑下臺階進行初期支護；⑨監(jiān)測初期支護體系的變形情況，變形穩(wěn)定，小于允許值范圍后，拆除側(cè)壁臨時鋼拱架，每次拆除長度根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)確定；⑩與中間導坑下臺階拉開5m～10m，清理仰拱虛渣，澆筑仰拱混凝土；11○施做二襯背后塑料盲管及防水板，整體澆筑二襯混凝土。雙側(cè)壁導坑法施工工序如圖1所示。

4）重塑——店家要將自己的店名當做品牌來打造，通過提供性價比高的產(chǎn)品、全方位的體驗和服務(wù)來吸引消費者，重塑店鋪和消費者之間的關(guān)系，打造一大批喜歡在店鋪消費的粉絲，助力店鋪走向更高級別的營銷競爭——粉絲的競爭和平臺的競爭；記住要將自己的店鋪打造成品牌，讓粉絲認可店鋪（店老板），而非只認可店鋪內(nèi)的品牌或店長、BA。

圖1 雙側(cè)壁導坑法施工工序圖

（2）數(shù)值計算與結(jié)果分析

1）模型建立

本次數(shù)值模擬以漳浦港城大道巷內(nèi)隧道為工程背景，圍巖以現(xiàn)場實際地質(zhì)為主，開挖工法為雙側(cè)壁導坑法，模擬軟件為大型通用有限元軟件Midas-GTS。本次模擬用摩爾庫倫實體單元模擬碎石土及強風化花崗巖，用彈性板單元模擬初期支護，用植入式桁架單元模擬錨桿。計算模型的邊界條件：底面為豎向約束，上邊界為自由邊界，左右邊界為橫向約束。采用的圍巖及支護參數(shù)如表2所示。

表2 圍巖及支護參數(shù)

2）數(shù)值模擬結(jié)果及分析

本次數(shù)值模擬雙側(cè)壁導坑法，作為對現(xiàn)場施工的指導，并與現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行對比分析，因此模擬結(jié)果僅提取隧道周邊圍巖的位移變形情況，圖2為三維模擬典型斷面豎向位移計算。

圖2 雙側(cè)壁導坑法開挖典型斷面豎向位移計算

開挖左側(cè)壁導坑之后隧道左側(cè)底部位移量較大，隨著其他階段的開挖，拱腳變形也趨于穩(wěn)定，中間導坑上臺階開挖后，拱頂沉降量較為明顯，隨著全斷面開挖支護之后，隧道已開挖部分周圍變形也都趨于穩(wěn)定。

數(shù)值模擬隧道圍巖變形均是一次成型，因此體現(xiàn)為圍巖的最大變形值，采用雙側(cè)壁導坑法圍巖最大變形位置位于隧道拱頂，下沉值為17.5mm，周邊收斂最大值為21.5mm。

2.2 中隔壁法開挖及數(shù)值模擬

（1）中隔壁法

①開挖左側(cè)導坑，左側(cè)導坑超前右側(cè)導坑≥15m；②施工左側(cè)導坑初期支護和中隔壁墻；③開挖右側(cè)導坑；④施工右側(cè)導坑初期支護；⑤監(jiān)測初期支護體系的變形情況，變形穩(wěn)定，小于允許值范圍后，拆除臨時中隔墻，每次拆除長度根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)確定；⑥清理仰拱虛渣，澆筑仰拱混凝土；⑦施做二襯背后塑料盲管及防水板，整體灌注二襯混凝土。中隔壁法施工工序如圖3所示。

圖3 中隔壁法施工工序圖

（2）數(shù)值計算與結(jié)果分析

1）模型建立

本次數(shù)值模擬以現(xiàn)場實際地質(zhì)為主，開挖工法為中隔壁法，模擬軟件為大型通用有限元軟件Midas-GTS。模擬單元屬性及模型邊界條件與雙側(cè)壁導坑法相同。

2）數(shù)值模擬結(jié)果及分析

本次數(shù)值模擬中隔壁法，作為與雙側(cè)壁導坑法的對比分析，模擬結(jié)果僅提取隧道周邊圍巖的位移變形情況，圖4為三維模擬典型斷面豎向位移計算。

分析數(shù)值模擬結(jié)果得出，左側(cè)壁導坑上臺階開挖后拱腳有較大位移，因此開挖時應(yīng)注意及時施做鎖腳錨桿；右側(cè)壁導坑開挖后拱頂有較大位移，這是由于拱頂巖體失去支撐后巖體應(yīng)力釋放造成的。

采用中隔壁法開挖，圍巖最大變形位置位于隧道拱頂，下沉值為22.5mm，周邊收斂最大值為26.5mm。

圖4 中隔壁法開挖典型斷面豎向位移計算

2.3 對比分析

對比分析兩種開挖工法的數(shù)值模擬結(jié)果，雙側(cè)壁導坑法和中隔壁法施工產(chǎn)生的隧道洞頂位移和周邊收斂位移都能滿足施工要求，可保證隧道施工安全。

分析數(shù)值模擬計算結(jié)果，采用雙側(cè)壁導坑法開挖時拱頂最大沉降值為17.5mm，周邊收斂最大值為21.5mm；采用中隔壁法施工，拱頂最大沉降值為22.5mm，周邊收斂最大值為26.5mm。

在圍巖和支護參數(shù)相同的條件下，僅從隧道拱頂下沉和周邊收斂來分析，采用雙側(cè)壁導坑法產(chǎn)生的拱頂下沉和周邊收斂是中隔壁法的77.8%和81.1%，這是由于雙側(cè)壁導坑開挖步序多，圍巖應(yīng)力逐次釋放，從而保證了圍巖的穩(wěn)定，因此，僅從數(shù)值模擬方面考慮，雙側(cè)壁導坑法比中隔壁法施工安全。下面根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)論，現(xiàn)場采用雙側(cè)壁導坑法施工，進行現(xiàn)場監(jiān)測，并與數(shù)值模擬結(jié)果進行可靠性分析。

3 現(xiàn)場測試

3.1 施工監(jiān)測方案

隧道開挖圍巖受力復(fù)雜，隧道施工監(jiān)控成為研究隧道施工方案的可行性以及保證施工安全的重要措施。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)論，依托工程巷內(nèi)隧道現(xiàn)場采用雙側(cè)壁導坑法施工，選取具有代表性Ⅴ級圍巖洞口段的ZK5+255斷面進行分析研究。監(jiān)控量測布點如圖5所示。

圖5 雙側(cè)壁導坑法測點布置圖

3.2 監(jiān)測頻率

根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范[7]及現(xiàn)場實際情況，隧道監(jiān)測頻率如表3所示 （B為隧道開挖寬度），允許相對位移如表4所示。

表3 按監(jiān)測斷面距開挖面確定的監(jiān)測頻率

表4 隧道周邊允許相對位移值Vn（%）

3.3 監(jiān)測結(jié)果

ZK5+255斷面采用雙側(cè)壁導坑法拱頂沉降和周邊收斂情況如圖6～7所示。掌子面開挖后16d，拱頂沉降和周邊收斂變化趨勢均較平穩(wěn)，最大值分別為16.0mm和19.7mm。

圖6 ZK5+255拱頂沉降與時間關(guān)系曲線

圖7 ZK5+255周邊位移與時間關(guān)系曲線

3.4 綜合分析

現(xiàn)場采用雙側(cè)壁導坑法施工，并以巷內(nèi)隧道ZK5+255斷面作為重點監(jiān)測對象，監(jiān)測到16d時圍巖趨于穩(wěn)定，拱頂沉降累積值為16.0mm，周邊收斂累積值為19.7mm；數(shù)值模擬雙側(cè)壁導坑法開挖拱頂最大沉降值為17.5mm，周邊收斂最大值為21.5mm。對比分析可知，數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測拱頂沉降差距在10%范圍內(nèi)，周邊收斂差距在10%范圍內(nèi)，這是由于現(xiàn)場實際情況與理論模擬的圍巖參數(shù)不會完全相同，現(xiàn)場監(jiān)測由于干擾因素較多，存在誤差，現(xiàn)場監(jiān)測16d時圍巖變形趨于穩(wěn)定，但圍巖變形為長期的過程，因此數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測存在較小誤差，誤差范圍是可接受的，數(shù)值模擬結(jié)果是可靠的，可用于指導現(xiàn)場施工。

4 結(jié)語

（1）以漳浦港城大道巷內(nèi)隧道工程為背景，數(shù)值模擬分析了隧道洞口段采用雙側(cè)壁導坑法和中隔壁法，并用拱頂下沉和周邊收斂值作為判斷依據(jù)，選取雙側(cè)壁導坑法作為指導現(xiàn)場施工的方法。

（2）通過洞口段現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析，得出數(shù)值模擬的方法是可靠的，結(jié)果可信，可作為現(xiàn)場施工的指導。

（3）漳浦港城大道巷內(nèi)隧道洞口段采用雙側(cè)壁導坑法施工，洞口安全穩(wěn)定，支護變形較小，因此，雙側(cè)壁導坑法可作為同類地質(zhì)較差洞口的一種可靠進洞方案，具有借鑒意義。