尹萬(wàn)輝，陳永樂(lè)

(溫州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 溫州 325000)

1 工程概況及存在的問(wèn)題

某隧道為某市政公路隧道，樁號(hào)為K1+260～500，全長(zhǎng)240 m，為城市雙向交通隧道，隧道設(shè)計(jì)時(shí)速為50 km/h。由于隧道為過(guò)人、過(guò)車(chē)雙用通道，因此在隧道兩側(cè)分別設(shè)置了2 m 寬的人行道，車(chē)道寬度為2 ×3.5 m，兩個(gè)余寬均為0.5 m，建筑限界總寬度為12 m，高5 m;隧道內(nèi)輪廓拱部圓弧半徑為6.52 m，總寬度為13.03 m，高8.91 m。從建筑限界及內(nèi)輪廓可以看出該隧道為典型的大斷面隧道，建筑限界及內(nèi)輪廓見(jiàn)圖1。

隧道縱斷面縱坡為3%的下坡，見(jiàn)圖2，圍巖從上而下依次為全風(fēng)化板巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖，圍巖穩(wěn)定性極差，尤其是隧道進(jìn)口段處在滑坡體中，滑裂面見(jiàn)圖所示。從地面線可以看出洞口段路基處在低洼地段，路面設(shè)計(jì)標(biāo)高離低洼底部的高度約為15.8 m。

圖1 建筑限界及內(nèi)輪廓(單位:cm)

圖2 進(jìn)口段縱斷面(單位:m)

存在的問(wèn)題:由以上分析可以看出，隧道進(jìn)口段處在滑坡體中，隧道開(kāi)挖會(huì)影響滑坡體的穩(wěn)定;隧道為大斷面隧道，扁平率小，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)不利，在軟巖圍巖中隧道襯砌結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生較大的變形。

2 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)該工程的特點(diǎn)，洞口滑坡體采用抗滑樁、反壓回填進(jìn)行處治，見(jiàn)圖3，即在K1+265 處打入2 根抗滑樁，抗滑樁離隧道襯砌的距離為4 m(分布在隧道襯砌兩側(cè))，樁長(zhǎng)19 m，嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖的長(zhǎng)度為8 m，為C30 鋼筋混凝土樁，截面尺寸為1.5 m ×2.0 m，見(jiàn)圖4;隧道開(kāi)挖之前先對(duì)洞口段路基進(jìn)行反壓回填，回填坡比分別為 1∶3、1∶5，反壓回填有助于滑坡體的穩(wěn)定;大斷面隧道二次襯砌采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為50 m，初期支護(hù)為26 cm噴射混凝土(內(nèi)含18 工字鋼)結(jié)構(gòu)，徑向錨桿為D25中空注漿錨桿，見(jiàn)圖4;根據(jù)本工程的特點(diǎn)，如果采用常規(guī)的開(kāi)挖方法進(jìn)洞，容易導(dǎo)致山體滑坡，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，決定洞口段隧道開(kāi)挖方法為CD 法，開(kāi)挖進(jìn)尺為1.5 m，見(jiàn)圖5。

圖3 滑坡處治斷面(單位:m)

圖4 襯砌結(jié)構(gòu)(單位:cm)

圖5 開(kāi)挖方法

3 數(shù)值計(jì)算

為了探討隧道進(jìn)口段處治效果，采用MIDAS 數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)該段進(jìn)行三維開(kāi)挖模擬。MIDAS/GTS 數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)隧道開(kāi)挖進(jìn)行模擬，開(kāi)挖之前，圍巖均處在一定的初始應(yīng)力場(chǎng)中，隧道開(kāi)挖之后，初始應(yīng)力場(chǎng)的改變引起了圍巖位移發(fā)生了改變，MIDAS/GTS 通過(guò)殺死單元來(lái)模擬開(kāi)挖掉的單元，采用激活單元來(lái)模擬新單元的建立。計(jì)算主要得出隧道開(kāi)挖之后滑坡體穩(wěn)定系數(shù)、隧道襯砌位移及應(yīng)力。

3.1 材料參數(shù)及計(jì)算模型

計(jì)算中，隧道襯砌、抗滑樁均采用實(shí)體單元來(lái)模擬，本構(gòu)關(guān)系為彈性;圍巖采用實(shí)體單元模擬，本構(gòu)關(guān)系為摩爾庫(kù)倫，材料參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 材料參數(shù)表

計(jì)算模型橫向(X 方向—隧道線位方向)取150 m;豎直方向(Z 方向)取 80 m;縱向(Y 方向)取50 m;邊界條件為橫向左右固定，豎直方向底部固定，縱向前后固定，計(jì)算模型見(jiàn)圖6、圖7所示。隧道開(kāi)挖方法為CD 法，開(kāi)挖進(jìn)尺為1.5 m，總共開(kāi)挖45 m(穿過(guò)滑裂面15 m)。

圖6 整體模型

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1 山體安全系數(shù)分析

安全系數(shù)是評(píng)價(jià)滑坡體是否穩(wěn)定的一個(gè)重要的指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算可得隧道開(kāi)挖前山體的穩(wěn)定系數(shù)、隧道開(kāi)挖后山體的穩(wěn)定系數(shù)。選取計(jì)算結(jié)果中的一個(gè)剖面進(jìn)行分析，見(jiàn)圖8、圖9，通過(guò)計(jì)算可得出處治之前山體安全系數(shù)為0.85，小于1.2(公路隧道規(guī)范規(guī)定山體滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)要大于1.2)，表明山體是不穩(wěn)定的，對(duì)山體進(jìn)行處治開(kāi)挖之后的安全系數(shù)為1.6，大于1.2，說(shuō)明處治之后隧道開(kāi)挖山體是穩(wěn)定的，隧道開(kāi)挖后，滑坡體并未滑動(dòng)。

圖7 隧道結(jié)構(gòu)模型

圖8 處治前山體安全系數(shù)

圖9 處治開(kāi)挖后山體安全系數(shù)

3.2.2 隧道襯砌分析

由于隧道開(kāi)挖之后先施做初期支護(hù)，因此初期支護(hù)的穩(wěn)定性尤為關(guān)鍵，通過(guò)計(jì)算可以得出初期支護(hù)位移及應(yīng)力，見(jiàn)圖10、圖11。

圖10 位移

圖11 應(yīng)力

從圖中可以看出初期支護(hù)拱部最大位移為1.57 mm，底部最大位移為2.58 mm，初期支護(hù)位移不大;初期支護(hù)最大壓應(yīng)力為3.11 MPa，發(fā)生在拱腳位置，由于初期支護(hù)為C20 混凝土結(jié)構(gòu)，公路隧道規(guī)范中C20 混凝土最大容許壓應(yīng)力值為7.8 MPa，因此可以看出隧道開(kāi)挖支護(hù)后初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。

4 結(jié)論及建議

大斷面隧道穿越滑坡體，本文對(duì)大斷面隧道襯砌進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)滑坡體進(jìn)行了處治，處治方法為反壓回填+抗滑樁，隧道開(kāi)挖方法為CD 法，開(kāi)挖進(jìn)尺為1.5 m。通過(guò)計(jì)算得出山體開(kāi)挖之后安全系數(shù)為1.6，表明山體是穩(wěn)定的;計(jì)算之后得出隧道初期支護(hù)拱部及底部位移分別為1.57 mm、2.58 mm，最大壓應(yīng)力為3.11 MPa，位移及應(yīng)力均較小，說(shuō)明隧道襯砌是穩(wěn)定的。由于隧道為大斷面隧道，且穿越滑坡體，因此建議在施工過(guò)程中對(duì)山體地表位移及襯砌變形進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)了解山體的穩(wěn)定性及隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在施工過(guò)程應(yīng)該堅(jiān)持“弱爆破”的原則，盡量減少對(duì)山體的擾動(dòng)，同時(shí)隧道采用注漿小導(dǎo)管對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行鎖腳并注漿。

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