超大斷面隧道CD法轉(zhuǎn)雙側(cè)壁法施工工藝研究

摘要 因超大斷面隧道具有跨度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等特點，在同一隧道工程中需要根據(jù)不同的圍巖等級和跨度進行變換工法來保證隧道建設(shè)順利完成。目前對工法轉(zhuǎn)換的施工工藝尚無標準可依，針對這一情況，文章以海滄疏港通道工程為例，在CD法施工段與雙側(cè)壁導坑法施工段之間采用10 m延伸過渡段進行工法轉(zhuǎn)換，在過渡段中挑頂擴挖形成作業(yè)面為雙側(cè)壁段施工臺架提供作業(yè)空間，進而將CD段中隔壁逐漸偏移至雙側(cè)壁段中心位置，完成工法轉(zhuǎn)換。采用該施工工藝不僅避免對雙側(cè)壁段各個導坑的施工造成影響，同時改善了臨時支護的受力狀況，維持了掌子面附近圍巖的穩(wěn)定。最后將數(shù)值模擬得到的結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果對比大致吻合，驗證了工法轉(zhuǎn)換施工工藝的可行性。

關(guān)鍵詞 施工工法;隧道開挖;數(shù)值模擬;變截面

中圖分類號 U452 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0129-03

引言

近年我國隧道建設(shè)正在向著距離長、跨度大、地形復雜等特點發(fā)展[1-2]。當遇到變截面問題時通常使用不同的施工工法來保證掌子面穩(wěn)定。變截面處隧道施工過程復雜、圍巖受力狀態(tài)多變，其中不同工法間的轉(zhuǎn)換方法成為工程中的難題。

楊迪[3]等依托實際工程，對雙側(cè)壁法轉(zhuǎn)換為長臺階法進行數(shù)值仿真，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果對變形情況及力學特性進行分析。殷明倫[4]等通過數(shù)值模擬結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，根據(jù)工法轉(zhuǎn)換時的圍巖應(yīng)力與結(jié)構(gòu)內(nèi)力關(guān)系，確定了工法轉(zhuǎn)換時過渡段的最優(yōu)長度。

隧道施工過程中，在變截面隧道采取合適的工法轉(zhuǎn)換方案，可以盡可能地減少圍巖擾動和應(yīng)力集中，確保在規(guī)定工期內(nèi)順利完工。該文以廈門海滄疏港通道工程B標段工程為依托，對超大斷面隧道工法轉(zhuǎn)換方案進行研究，為今后類似現(xiàn)場施工提供一定的參考。

1 工程簡介

位于廈門市海滄區(qū)的疏港通道工程B標段全長3 260.883 m。主洞隧道與匝道隧道平交口分岔部分分段逐步擴大，如圖1所示。分岔3（FC3）跨度為21.45 m，分岔4（FC4）跨度為24.95 m，根據(jù)兩段跨度的不同，F(xiàn)C3采用CD法、FC4采用雙側(cè)壁導坑法進行施工，F(xiàn)C3到FC4之間采用10 m延伸過渡段進行工法轉(zhuǎn)換。

2 主要施工方案

2.1 施工工法選擇

依據(jù)前期工法論證方案及FC3變更圖設(shè)計，左、右線FC3段采用CD法開挖，F(xiàn)C4段采用雙側(cè)壁導坑法開挖，通過增加開挖步驟，控制單次開挖面積從而保證施工質(zhì)量。具體段落及支護形式如表1所示：

2.2 工法轉(zhuǎn)換方案

在工法轉(zhuǎn)換時，F(xiàn)C3段中隔壁在過渡段10 m范圍內(nèi)逐步向FC4段中心線位置偏移，從而實現(xiàn)在不同隧道斷面間支護結(jié)構(gòu)的順利過渡，具體如圖2所示。

具體工法轉(zhuǎn)換步驟如下：

（1）FC3導坑1開挖至與FC4交界里程停止開挖，噴射混凝土封閉掌子面。

（2）FC3導坑4跟進至與導坑1同一里程處，停止開挖，噴射混凝土封閉掌子面。

（3）中部導坑及下部導坑2、3、5、6按FC3導坑步距持續(xù)跟進。

（4）FC3至FC4采用10 m過渡段，主要為FC4施工臺架提供作業(yè)空間。

（5）FC3導坑1向FC4導坑1開挖，單次開挖1.5 m，2榀拱架，因挑頂及擴挖高度較小，可直接挑頂擴挖，施作初期支護及臨時支護，臨時支撐仍采用中隔壁臨時支撐。中隔壁在過渡段10 m范圍內(nèi)逐步向FC4中隔壁偏移。

（6）FC3導坑1過渡段施作完成后，及時封閉掌子面。導坑4向FC4挑頂擴挖，單次開挖1.5 m，2榀拱架，須經(jīng)2～3次爆破形成FC4開挖輪廓線，每次爆破完成后及時采用5 cm噴射混凝土進行初噴。開挖到位后及時施作FC4導坑4初期支護，導坑4過渡段施作完成后，及時封閉掌子面。至此FC4斷面上導坑形成雙側(cè)壁施工作業(yè)空間。

（7）FC4導坑1按雙側(cè)壁導坑法開挖，及時施作支護，導坑1開挖15 m后，開挖導坑4。中部導坑及下部導坑按FC4雙側(cè)壁開挖法步距持續(xù)跟進。

（8）及時施作仰拱及填充，封閉成環(huán)。

2.3 雙層初支施工措施

導坑1開挖10～15 m后進行4導坑開挖，導坑4開挖10～15 m后進行2導坑開挖，及時噴射混凝土封閉掌子面，進行第二層初支施作;導坑2、5、3、6第二層初支與第一層初支同步施作。導坑7第二層初支滯后第一層初支2～3循環(huán)施作。

在施作雙層初支時應(yīng)注意：

（1）第一層初支與第二層初支拱架錯開設(shè)置。

（2）在第一層初支臨時支撐噴射混凝土，要預留好第二層拱架橫穿位置，以避免第二層初支施做時進行鑿除橫穿孔。

（3）第二層初支應(yīng)與第一層初支拱架的搭接位置錯開。

（4）第二層初支拱架應(yīng)增設(shè)鎖腳錨桿和縱向連接筋進行固定。

2.4 臨時支撐拆除措施

（1）在確定拆除段的永久支護封閉完成后，此時才可對該段的臨時支護進行拆除，拆除時須滿足規(guī)范要求。

（2）在臨時支護拆除前，需要對拆除段的沉降變形監(jiān)測結(jié)果進行分析，當均滿足穩(wěn)定條件時方可進行拆除。

（3）首先采取隔3拆1的方法，觀測到的隧道變形量和變形速率，均處于正常范圍內(nèi)時，采取隔1拆1的方法，以防中隔壁支撐突然失穩(wěn)倒塌。

（4）監(jiān)控量測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，對臨時支撐上的混凝土進行清理，逐環(huán)清理鋼筋網(wǎng)及鋼架。對單次拆除臨時支護長度以不大于1 m為宜。

2.5 監(jiān)控量測措施

應(yīng)根據(jù)設(shè)計對監(jiān)測點進行布設(shè)，在開挖、支護完成后及時對監(jiān)測點進行作業(yè)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，及時根據(jù)現(xiàn)場情況對檢測項目及內(nèi)容做出調(diào)整。

對于分岔段超大斷面施工，主要進行的監(jiān)測項目有：地質(zhì)及支護狀態(tài)觀察、拱頂下沉量測、鋼支撐內(nèi)力量測等。

3 數(shù)值模擬

3.1 數(shù)值模型的建立

采用FLAC3D對變截面隧道進行數(shù)值模擬，選取隧道左線ZK4+005.0至ZK4+055.0建立模型，長寬高分別為50 m×160 m×140 m，如圖3。模擬計算中初期支護采用殼單元，錨桿采用桿單元，二襯、中隔墻均采用實體單元，隧道開挖使用null單元實現(xiàn)[5]。

圍巖及支護參數(shù)根據(jù)地質(zhì)工程勘察資料結(jié)合相關(guān)規(guī)范取得如表2、3所示：

3.2 計算結(jié)果

按照實際施工方案模擬開挖完成的隧道位移云圖如圖4所示，在過渡段并未發(fā)現(xiàn)較大的變形，過渡段中隧道產(chǎn)生的位移變化較為平穩(wěn)，并未發(fā)生因截面擴大而導致變形超過控制量的情況。

在隧道縱深方向每隔5 m分別在拱頂設(shè)置監(jiān)測點，對拱頂處的位移變形進行監(jiān)測，將數(shù)值模擬中開挖穩(wěn)定后的監(jiān)測點數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對比如表4所示。

將數(shù)值模擬得到的沉降量與現(xiàn)場實測值進行對比可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬得到的位移均小于現(xiàn)場實測位移，相對誤差處于13%左右，無論是數(shù)值模擬還是現(xiàn)場實測得到的拱頂沉降均在規(guī)范的控制范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

該文以海滄疏港通道為背景，對超大斷面隧道采用過渡段進行工法轉(zhuǎn)換的要點進行了分析，并且利用數(shù)值模擬對工法轉(zhuǎn)換時隧道的穩(wěn)定性進行了驗證，得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)對隧道開挖完成后拱頂沉降值進行分析，無論是數(shù)值模擬結(jié)果還是監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，開挖完成后的拱頂變形均處于規(guī)定要求的控制范圍內(nèi)，證實了采用過渡段進行工法轉(zhuǎn)換有利于圍巖的穩(wěn)定。

（2）在開挖過渡段時，拆除中隔壁會導致拱頂下沉和拱底的隆起變形量增加。因此，拆除臨時支架過程中應(yīng)加強監(jiān)測工作。

（3）采用10 m延伸過渡段進行工法轉(zhuǎn)換，方便大型機械進入工作區(qū)，避免對后續(xù)雙側(cè)壁段導坑的施工造成影響，有效提高了施工效率。

參考文獻

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[2]洪開榮， 馮歡歡. 近2年我國隧道及地下工程發(fā)展與思考（2019—2020年）[J]. 隧道建設(shè)（中英文）， 2021（8）： 1259-1280.

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[5]吳佳俊， 胡祖棟. 基于FLAC3D的隧道施工數(shù)值模擬及現(xiàn)場監(jiān)測分析[J]. 工程建設(shè)， 2021（11）： 66-72.

收稿日期：2022-03-05

作者簡介：李鵬程（1985—），男，大專，工程師，從事隧道工程現(xiàn)場施工及相關(guān)工作。