賴(lài)春華

（贛州誠(chéng)正公路工程監(jiān)理有限公司，江西 贛州 341000）

0 引言

軟弱圍巖具有軟、弱、松、散等低強(qiáng)度特性，受開(kāi)挖擾動(dòng)，圍巖變形量大、變形速度快。在膨脹土、破碎帶等軟弱圍巖中施工，確保掌子面的穩(wěn)定性至關(guān)重要。掌子面的穩(wěn)定性一方面跟埋深息息相關(guān)，另一方面也跟開(kāi)挖方法密不可分。

留核心土法能有效地穩(wěn)定掌子面，并具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）施工空間大，方便機(jī)械化施工，對(duì)于軟弱圍巖可以利用挖掘機(jī)開(kāi)挖，工效高；

（2）施工靈活，當(dāng)圍巖條件發(fā)生變化時(shí)，能夠快速地調(diào)整施工方法與施工工序；

（3）對(duì)不同跨度及不同斷面形式的適應(yīng)能力強(qiáng)。

1 工程背景

某隧道主線(xiàn)為雙向四車(chē)道隧道，匝道為單向單車(chē)道隧道。主線(xiàn)設(shè)計(jì)車(chē)速為100km/h，車(chē)道寬度為3.5m+3.5m。隧道區(qū)域斷層破碎帶主要分布于ZK11～ZK14鉆孔地段，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料分析，該破碎帶寬約40m。受該破碎帶影響，其東西兩側(cè)巖體破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，全風(fēng)化板巖結(jié)構(gòu)為松疏的砂土狀、角礫狀、碎裂狀。巖芯多為巖屑、巖粉、碎石狀，少量的塊狀、短柱狀。破碎帶區(qū)域采用弧形導(dǎo)坑留核心土法開(kāi)挖。圖1為施工斷面示意圖。

圖1 隧道開(kāi)挖斷面示意圖

上弧形導(dǎo)坑采用人工鉆孔弱爆破法開(kāi)挖，隨后進(jìn)行拱部初期支護(hù)。中洞核心采用人工配合反鏟挖掘機(jī)臺(tái)階法開(kāi)挖。先施作中洞拱部小導(dǎo)管預(yù)注漿超前支護(hù)，然后開(kāi)挖中洞拱部核心土，再開(kāi)挖下部中洞核心土。中洞拱部核心土開(kāi)挖后，噴射4cm混凝土封閉圍巖，然后架設(shè)拱部鋼拱架，拱部鋼拱架與雙側(cè)壁導(dǎo)坑邊墻鋼架一一對(duì)應(yīng)，緊密相連，然后打錨桿、掛網(wǎng)、再?gòu)?fù)噴混凝土至8cm。每循環(huán)進(jìn)尺1m。

2 有限元計(jì)算

隧道埋深20m。考慮到模型幾何及受力關(guān)于隧道中線(xiàn)對(duì)稱(chēng)，建立1/2有限元模型。模型長(zhǎng)40m、寬100m、高70m，共33 560個(gè)六面體單元，47 273個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。其中隧道結(jié)構(gòu)部分如圖2所示。計(jì)算中，核心土高2.5m、長(zhǎng)3m，開(kāi)挖進(jìn)尺取1m，加固圈厚1.5m，二襯厚0.5m，初襯厚0.2m，短臺(tái)階取12m。模型左、右、前、后邊界為鉸接約束，下邊界為固結(jié)約束。圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，力學(xué)參數(shù)按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》取值。材料屬性如表1所示。

圖2 隧道結(jié)構(gòu)有限元模型

表1 有限元計(jì)算材料屬性

3 結(jié)果分析

有限元計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比如圖3所示。

圖3 隧道拱頂沉降計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的比較

由圖3可以看出，拱頂下沉計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較吻合，但由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是開(kāi)挖一段時(shí)間之后開(kāi)始的，實(shí)測(cè)初始值較小。拱頂下沉曲線(xiàn)大致可分為三個(gè)階段：

（1）第一階段：當(dāng)掌子面推進(jìn)到0～0.5D時(shí)，由于開(kāi)挖掌子面受力狀態(tài)由三向變?yōu)閮上?，按照?jì)算值，第一個(gè)進(jìn)尺下沉約10mm，第二個(gè)進(jìn)尺下沉約20mm，第三個(gè)進(jìn)尺下沉約10mm，第四個(gè)進(jìn)尺下沉約5mm，下沉速度有減小的趨勢(shì)；

（2）第二階段：當(dāng)掌子面推進(jìn)到0.5～1D時(shí)，隨著初期襯砌施作及圍巖加固，圍巖位移得到抑制，拱頂下沉速度明顯減緩，每個(gè)進(jìn)尺拱頂下沉量在1mm左右；

（3）第三階段：當(dāng)掌子面推進(jìn)到1～2D時(shí)，隨著仰拱及二襯的陸續(xù)施作，隧道斷面封閉成環(huán)，受力性能得到很大改善，洞頂下沉速度趨向于零。

4 結(jié)語(yǔ)

如何既快又好地在軟弱圍巖中開(kāi)挖隧道是工程界面臨的重大課題之一。拱頂沉降是反映掌子面穩(wěn)定的關(guān)鍵指標(biāo)，本文通過(guò)數(shù)值模擬分析了留核心土法開(kāi)挖拱頂沉降隨掌子面推進(jìn)的變化規(guī)律，并將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，兩者規(guī)律基本一致，說(shuō)明計(jì)算結(jié)果正確可信，可為相關(guān)工程的設(shè)計(jì)與施工提供借鑒。

[1] JTG D70—2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 朱漢華，孫紅月，楊建輝.公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護(hù)技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[3] 陳雙慶.留核心土環(huán)形開(kāi)挖工法在隧道設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用[J].交通科技，2009，（4）：58-60.

[4] 黃強(qiáng).小凈距公路隧道施工中圍巖地應(yīng)力分析研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.