林本濤

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

鐵路隧道十字交叉隔壁后拆式工法施工力學(xué)特性及其應(yīng)用研究

林本濤

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

廈(門(mén))深(圳)鐵路梁山隧道穿越L7富水軟弱帶使施工嚴(yán)重受阻。為確保隧道順利通過(guò)L7富水軟弱帶,通過(guò)多種經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比選,最終確定通過(guò)超前預(yù)加固措施改良地層條件后,采用十字交叉隔壁后拆式工法施工。闡述十字交叉隔壁后拆式工法的特點(diǎn)及施工工序,同傳統(tǒng)CRD工法相比,該工法的最大特點(diǎn)是： “后拆式”的十字交叉臨時(shí)支撐體系,確保在臨時(shí)支撐體系拆除時(shí),初期支護(hù)和二次襯砌已經(jīng)同時(shí)承載,避免傳統(tǒng)工法中因拆撐時(shí)應(yīng)力釋放導(dǎo)致的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn),確保施工過(guò)程中的安全可靠性。然后通過(guò)數(shù)值計(jì)算和力學(xué)分析方法,對(duì)十字交叉隔壁后拆式工法在施工過(guò)程中的支護(hù)力學(xué)轉(zhuǎn)換體系進(jìn)行詳細(xì)分析,得出以下結(jié)論：初期支護(hù)與臨時(shí)支撐組成的支護(hù)體系,在開(kāi)挖的每一步中,都是承載的主體,盡可能早地閉合成環(huán)；二次襯砌的閉合時(shí)機(jī)就是二次襯砌的支護(hù)時(shí)間,以初期支護(hù)極限位移的60%作為施工二次襯砌的位移指導(dǎo)值較為合理。

鐵路隧道；十字交叉隔壁后拆式工法； L7深埋富水軟弱帶；施工力學(xué)體系轉(zhuǎn)換

1 概述

廈(門(mén))深(圳)鐵路梁山隧道位于福建省漳州市境內(nèi)，進(jìn)口里程DK94+000，出口里程DK103+888，全長(zhǎng)9 888 m。在施工過(guò)程中突遇L7富水軟弱帶，使施工嚴(yán)重受阻，該軟弱帶與隧道洞身相交于里程DK96+505～DK96+533，該處隧道埋深270 m；L7軟弱帶走向?yàn)镹25°W，與線路平面夾角為61°，延伸長(zhǎng)度約2.3 km。

L7軟弱帶夾層物質(zhì)為全風(fēng)化花崗巖夾輝綠巖、閃長(zhǎng)玢巖，呈砂狀和土狀，極富水，隧道施工到該地段嚴(yán)重受阻，在2009年3月14日～4月6日先后發(fā)生4次突水涌泥災(zāi)害，總涌泥量約2萬(wàn)m3，同時(shí)地表發(fā)生塌陷(埋深270 m，陷坑近似橢圓形，上寬下窄，長(zhǎng)軸約57 m，短軸約33 m，深15～25 m)。涌泥及地表塌陷發(fā)生后，實(shí)施了地表陷坑警戒及截排水等相關(guān)的應(yīng)急處理措施，開(kāi)展了地質(zhì)補(bǔ)充勘察工作，并通過(guò)正洞左側(cè)迂回導(dǎo)坑靠近軟弱夾層，基本查明軟弱帶的邊界和物質(zhì)組成(軟弱帶最大厚度26 m，充填全風(fēng)化花崗巖為主)，2010年3月迂回導(dǎo)坑開(kāi)挖施工軟弱帶至PDK96+528.5時(shí)(進(jìn)入軟弱帶7.5 m)，再次發(fā)生多次間歇性突水涌泥，總涌泥量約5 500 m3，原地表塌陷區(qū)坑底再次發(fā)生坍塌，成漏斗形加深約15 m。

針對(duì)軟弱帶涌泥情況，經(jīng)過(guò)深入的調(diào)查分析和方案研究，并經(jīng)過(guò)多次專(zhuān)家論證，提出了采用超前水平旋噴樁及大管棚支護(hù)對(duì)地層改良后，采用三層襯砌結(jié)構(gòu)，其中初期支護(hù)采用噴C25耐腐蝕纖維混凝土，厚度35 cm，設(shè)置全環(huán)I25a型鋼鋼架；二次模筑襯砌采用厚80 cm鋼筋混凝土，與初期支護(hù)共同承擔(dān)全部圍巖荷載；三次模筑襯砌采用50 cm厚鋼筋混凝土，待初期支護(hù)和二次襯砌封閉成環(huán)后施做，以作為防水層和安全儲(chǔ)備。針對(duì)該襯砌結(jié)構(gòu)形式，研究了應(yīng)用十字交叉隔壁后拆式工法的施工方案。

本文提出的十字交叉隔壁后拆式工法，不同于傳統(tǒng)意義上的CRD工法。在此，結(jié)合梁山隧道富水軟弱帶的施工過(guò)程，先對(duì)該工法的特點(diǎn)及施工工序進(jìn)行了詳細(xì)闡述，在此基礎(chǔ)上深入分析了施工力學(xué)體系轉(zhuǎn)換過(guò)程，最后討論了二次襯砌的施作時(shí)機(jī)，并提出了自己的觀點(diǎn)，以期研究結(jié)果對(duì)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)與施工有一定的借鑒作用。

2 十字交叉隔壁后拆式工法及其特點(diǎn)

2.1 工法及施工工序

十字交叉隔壁后拆式工法的開(kāi)挖及支護(hù)步序如圖1所示，具體施工工序如下。

(1)先行開(kāi)挖①部導(dǎo)坑后立即施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。

(2)①部導(dǎo)坑快速開(kāi)挖通過(guò)軟弱帶，滯后掌子面一段距離，拼裝①部導(dǎo)坑周邊之○Ⅰ部二次襯砌的預(yù)制鋼筋，并一次灌筑施作○Ⅰ部二次襯砌，不拆除①部導(dǎo)坑周邊臨時(shí)鋼架，使①部導(dǎo)坑周邊支護(hù)封閉成環(huán)，二次襯砌背后鋪設(shè)網(wǎng)格狀排水板。

(3)滯后于同①、○Ⅰ步施工工序一定距離，同樣分部開(kāi)②部導(dǎo)坑，施做初期支護(hù)及○Ⅱ部二次襯砌。

(4)滯后于同2、○Ⅱ步施工工序一定距離，同樣分部開(kāi)③部導(dǎo)坑，施做初期支護(hù)及○Ⅲ部二次襯砌。

(5)滯后于同③、○Ⅲ步施工工序一定距離，同樣分部開(kāi)③部導(dǎo)坑，施做初期支護(hù)及○Ⅳ部二次襯砌。

(6)二次襯砌閉合成環(huán)并穩(wěn)定后，切除臨時(shí)鋼架及橫撐，鋪設(shè)防水板等防排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用襯砌模板臺(tái)車(chē)一次性灌筑○Ⅴ部三次襯砌。

圖1 十字交叉隔壁后拆式工法開(kāi)挖及支護(hù)步序

2.2 十字交叉隔壁后拆式工法的特點(diǎn)

同傳統(tǒng)CRD法相比，十字交叉隔壁后拆式工法具有以下特點(diǎn)。

(1)拆除臨時(shí)橫撐和立柱瞬間，初期支護(hù)與二次襯砌同時(shí)承擔(dān)圍巖荷載。在傳統(tǒng)CRD工法中，無(wú)論采用何種拆撐方案，在其拆撐瞬間圍巖荷載全部由初期支護(hù)承擔(dān)的，且在二次襯砌施工之前存在相對(duì)較長(zhǎng)的“天窗時(shí)間”(圖2)，在遇到極軟地層或者特殊地質(zhì)地層時(shí)，僅靠初期支護(hù)承擔(dān)圍巖荷載存在較大的風(fēng)險(xiǎn)[3-6]；而十字交叉隔壁后拆式工法中(圖3)，由于在拆除臨時(shí)支撐前，二次襯砌已經(jīng)形成封閉結(jié)構(gòu)，因此在拆除臨時(shí)支撐的瞬間，二次襯砌將與初期支護(hù)組成新的承載體系，圍巖荷載由初期支護(hù)和二次襯砌組成的支撐體系共同承擔(dān)，確保施工的安全。

圖2 傳統(tǒng)CRD工法存在“天窗時(shí)間”

圖3 十字交叉隔壁后拆式工法消除“天窗時(shí)間”

(2)二次襯砌分部施作，最后成環(huán)。同傳統(tǒng)的CRD工法一樣，在每一部的開(kāi)挖當(dāng)中，都是由初期支護(hù)及臨時(shí)支撐來(lái)共同擔(dān)當(dāng)承載主體，但在十字交叉隔壁后拆式工法之中，每一部之后都要分部施作二次襯砌，當(dāng)二次襯砌成環(huán)后，荷載將由初期支護(hù)、臨時(shí)支撐以及二次襯砌共同承擔(dān)，并且能保證在臨時(shí)支撐拆除后，二次襯砌能夠瞬間與初期支護(hù)共同組成新的承載體系。

(3)加強(qiáng)初期支護(hù)監(jiān)測(cè)，根據(jù)變形情況掌握二次襯砌的閉合時(shí)機(jī)[7-10]。在初期支護(hù)達(dá)到臨界位移前，必須使二次襯砌閉合成環(huán)與初期支護(hù)共同承擔(dān)圍巖荷載，因此對(duì)初期支護(hù)的變形需及時(shí)監(jiān)測(cè)。

(4)二次襯砌鋼筋采用預(yù)制單元塊，方便施工。二次襯砌鋼筋采用預(yù)制單元塊(圖4)；洞外分單元預(yù)制襯砌鋼筋骨架；洞內(nèi)快速拼裝，鋼筋骨架單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作，拼裝方便；解決了傳統(tǒng)鋼筋綁扎工效低、二次襯砌無(wú)法及時(shí)施做的困難和弊端。

圖4 二次襯砌鋼筋預(yù)制單元塊

3 施工過(guò)程力學(xué)體系轉(zhuǎn)換分析

3.1 施工力學(xué)模型及計(jì)算參數(shù)取值

(1)施工力學(xué)模型

施工過(guò)程力學(xué)體系轉(zhuǎn)換分析主要采用數(shù)值模擬手段進(jìn)行。為真實(shí)模擬實(shí)際工況、準(zhǔn)確把握規(guī)律而完全根據(jù)實(shí)際情況建立了數(shù)值計(jì)算模型。計(jì)算程序采用有限元軟件FLAC，假定土體符合Drucker-Prager強(qiáng)度準(zhǔn)則，土體采用六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，襯砌采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬[11]。為了保證計(jì)算精度在隧道周?chē)捎眉?xì)密單元，計(jì)算模型如圖5所示。

圖5 模型局部

(2)計(jì)算參數(shù)選取

通過(guò)參考現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)參數(shù)、《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10003—2005/J449—2005)、鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)以及相同地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的相關(guān)文獻(xiàn)中的建議參數(shù)，對(duì)初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)、二次襯砌、旋噴樁、花崗巖、軟弱帶等進(jìn)行參數(shù)選取，具體如表1所示。特別說(shuō)明的是，計(jì)算中為消除涌泥體內(nèi)摩擦角取值對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，該參數(shù)還進(jìn)行了基于涌泥體穩(wěn)定后臨空面的反算分析，并進(jìn)行了驗(yàn)證[1，12]。

表1 計(jì)算參數(shù)

3.2 施工過(guò)程力學(xué)體系轉(zhuǎn)換分析

結(jié)合數(shù)值計(jì)算結(jié)果，十字交叉隔壁后拆式工法施工工序分解分析如下。

(1)開(kāi)挖左上斷面，并進(jìn)行初期支護(hù)，安設(shè)臨時(shí)橫撐、豎撐封閉成環(huán)，見(jiàn)圖6。具體分析：在開(kāi)挖瞬間，縱向上圍巖荷載由旋噴樁和管棚組成的預(yù)支護(hù)系統(tǒng)承擔(dān)；當(dāng)初期支護(hù)與臨時(shí)支撐施作完成后，圍巖荷載將轉(zhuǎn)移到由初期支護(hù)和臨時(shí)支撐組成的封閉結(jié)構(gòu)。

由數(shù)值分析可得：圍巖和初期支護(hù)的最大下沉發(fā)生在左側(cè)頂部，其值為3.68 cm，最大隆起發(fā)生在橫撐偏左部分，其值為4.49 cm；臨時(shí)支護(hù)的Y向最大下沉位移量只有0.25 cm，最大隆起量只有0.27 cm，所以第一步開(kāi)挖施工對(duì)左上側(cè)圍巖的影響較大，但通過(guò)分析可以看出，支護(hù)結(jié)構(gòu)與臨時(shí)支撐的位移都控制在施工允許范圍之內(nèi)。

圖6 工序一

初期支護(hù)的最大主應(yīng)力為10.62 MPa，發(fā)生在拱頂部位，但是覆蓋面積極??；而豎撐的底部由于局部應(yīng)力集中導(dǎo)致其最大應(yīng)力值較高，為25.9 MPa，這個(gè)部位為本開(kāi)挖步序中的控制點(diǎn)，但是其面積較小，不足以影響臨時(shí)支撐的整體穩(wěn)定性，但會(huì)造成局部區(qū)域的混凝土開(kāi)裂，為安全起見(jiàn)，分部跟進(jìn)施作二次襯砌，見(jiàn)圖7。

圖7 工序二

(2)開(kāi)挖右上斷面，并進(jìn)行初期支護(hù)，安設(shè)臨時(shí)橫撐，如圖8所示。

由數(shù)值分析可得：圍巖和初期支護(hù)的最大下沉發(fā)生在拱頂處，其量值為4.41 cm，最大隆起發(fā)生在橫撐左側(cè)，其量值為5.57 cm。初期支護(hù)的拱頂下降幅度最大，其量值為4.41 cm，其最大隆起發(fā)生在左側(cè)底部，其量值為4.34 cm，臨時(shí)支撐的下沉發(fā)生在豎撐處，最大下降值為0.24 cm，右側(cè)臨時(shí)支撐的最大隆起量為1.19 cm，從中可以看出第二步開(kāi)挖后對(duì)圍巖的上部和左下部未開(kāi)挖巖體影響較大，但是初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移可以控制在允許范圍之內(nèi)。

圖8 工序三

初期支護(hù)的最大主應(yīng)力為12.83 MPa，發(fā)生在左側(cè)拱腰；而豎撐的底部由于局部應(yīng)力集中導(dǎo)致其最大應(yīng)力值更高，達(dá)到28.5 MPa，這個(gè)部位仍然為本開(kāi)挖步序中的控制點(diǎn)，但是此峰值的覆蓋面積較小，只在豎撐的底部出現(xiàn)，所以此部分臨時(shí)支撐在實(shí)際施工中可能會(huì)出現(xiàn)噴射混凝土的開(kāi)裂，為安全起見(jiàn)，分部跟進(jìn)施作二次襯砌，如圖9所示。

圖9 工序四

(3)開(kāi)挖左下斷面，并進(jìn)行初期支護(hù)，安設(shè)臨時(shí)豎撐封閉成環(huán)，如圖10所示。

由數(shù)值分析可得：圍巖和初期支護(hù)的最大下沉發(fā)生在拱頂處，其量值為4.62 cm，最大隆起發(fā)生在左、右側(cè)拱腰部位，其量值為4.06 cm；第三步開(kāi)挖后的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)最大下沉值為4.63 cm，最大隆起量為4.08 cm，通過(guò)對(duì)位移控制標(biāo)準(zhǔn)的分析，可以發(fā)現(xiàn)在第三步開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移滿(mǎn)足控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖10 工序五

初期支護(hù)的最大主應(yīng)力為23.07 MPa，發(fā)生在左側(cè)拱腰；而豎撐的最大主應(yīng)力出現(xiàn)下降，其值為14.15 MPa。

結(jié)合第一步、第三步的分析結(jié)果，初期支護(hù)的最大主應(yīng)力在不斷增加，達(dá)到了23.07 MPa，但在第三步開(kāi)挖結(jié)束后支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的荷載并沒(méi)有超過(guò)C25混凝土的彎曲抗壓極限強(qiáng)度，而臨時(shí)支護(hù)的最大應(yīng)力由于左下部的開(kāi)挖，導(dǎo)致了一定程度的應(yīng)力釋放，其最大應(yīng)力的發(fā)生位置的改變表現(xiàn)是其沿豎撐向上部轉(zhuǎn)移。結(jié)合C25極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)及上述分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在第三步開(kāi)挖之后的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力滿(mǎn)足極限承載要求。

分部跟進(jìn)施作二次襯砌，如圖11所示。

圖11 工序六

(4)開(kāi)挖右下斷面，并進(jìn)行初期支護(hù)，初期支護(hù)封閉成環(huán)，如圖12所示。

由數(shù)值分析可得：圍巖和初期支護(hù)的最大下沉發(fā)生在拱頂處，其量值為5.59 cm，最大隆起發(fā)生在仰拱部位，其量值為3.92 cm；臨時(shí)支撐的最大拱頂下沉為5.33 cm，最大隆起為3.98 cm，初期支護(hù)的最大位移已經(jīng)超過(guò)5 cm，但是最大位移的發(fā)生位置在支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)，而內(nèi)側(cè)的位移仍然滿(mǎn)足位移控制標(biāo)準(zhǔn)，所以在第四步開(kāi)挖過(guò)程中，可以保證初期支護(hù)與臨時(shí)支撐的整體穩(wěn)定性。

圖12 工序七

初期支護(hù)的最大主應(yīng)力為23.1 MPa，發(fā)生在左側(cè)拱腰；豎撐上的最大主應(yīng)力為14.1 MPa；兩者均沒(méi)有超過(guò)C25混凝土的彎曲抗壓極限強(qiáng)度，所以滿(mǎn)足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。

同步跟進(jìn)施作二次襯砌，如圖13所示。

圖13 工序八

右下斷面二次襯砌施作完成后，至此二次襯砌封閉成環(huán)，荷載將由初期支護(hù)、臨時(shí)支撐以及二次襯砌共同承擔(dān)。

(5)拆除臨時(shí)支撐，見(jiàn)圖14。

圖14 工序九

在拆除臨時(shí)支撐的瞬間，二次襯砌將與初期支護(hù)共同作用，承擔(dān)圍巖荷載，這正是本施工工序的特點(diǎn)所在；傳統(tǒng)的CRD工法在拆除臨時(shí)支撐的瞬間，圍巖荷載單獨(dú)由初期支護(hù)承擔(dān)，在二次襯砌施工前，存在“天窗時(shí)間”；而本項(xiàng)目采用的十字交叉隔壁后拆式工法，由于在拆除臨時(shí)支撐前，二次襯砌已經(jīng)形成封閉結(jié)構(gòu)，因此在拆除臨時(shí)支撐的瞬間，圍巖荷載由初期支護(hù)和二次襯砌組成的支撐體系共同承擔(dān)，確保施工的安全。

在拆撐時(shí)，由于二次襯砌與初期支護(hù)瞬間構(gòu)成一個(gè)支撐體系，所以在數(shù)值模擬中將臨時(shí)支護(hù)拆除前，已施作全環(huán)二次襯砌，以達(dá)到與現(xiàn)實(shí)工況中相同的效果。

3.3 關(guān)鍵施工工序

由上面的分析可知，本工法在施工過(guò)程中，力學(xué)體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵工序?yàn)椋?/p>

(1)初期支護(hù)與臨時(shí)支撐組成的支護(hù)體系，在開(kāi)挖的每一步中，都是承載的主體，因此對(duì)其承載能力時(shí)刻關(guān)注；

(2)在拆除臨時(shí)橫撐、豎撐的瞬間，二次襯砌將與初期支護(hù)組成新的承載體系，因此拆除臨時(shí)支撐時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注；

(3)對(duì)于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的十字交叉隔壁后拆式工法，二次襯砌的閉合時(shí)機(jī)就是二次襯砌的支護(hù)時(shí)間，因此應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)的拱頂下沉值，選擇合適的支護(hù)時(shí)機(jī)。

4 二次襯砌施作時(shí)機(jī)的討論

經(jīng)對(duì)梁山隧道分部開(kāi)挖過(guò)程中的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算，拱頂、兩側(cè)墻腳等應(yīng)力突變處的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力超出允許范圍，從而導(dǎo)致局部初期支護(hù)噴射混凝土開(kāi)裂，為安全起見(jiàn)，本隧道采用分部跟進(jìn)施做二次模筑襯砌的方式；類(lèi)似工點(diǎn)采用本工法時(shí)，應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)檢算情況確定第一層模筑襯砌的施作方式，條件允許時(shí)，盡量待初期支護(hù)閉合成環(huán)后，采用一次性施作模筑襯砌。

對(duì)于本設(shè)計(jì)方案提出的十字交叉隔壁后拆式工法，二次襯砌的施作時(shí)機(jī)即是二次襯砌的閉合時(shí)間，因此本節(jié)對(duì)二次襯砌的閉合時(shí)機(jī)進(jìn)行討論。

由以上的分析可知，在整個(gè)施工工序的過(guò)程中，隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂下沉的增加，初期支護(hù)的主應(yīng)力不斷在增大。當(dāng)隧道右下斷面開(kāi)挖并施作初期支護(hù)后，此時(shí)拱頂最大位移為5.59 cm，初期支護(hù)的最大主應(yīng)力為23.1 MPa；事實(shí)上，此時(shí)初期支護(hù)還有承載的能力，也就是初期支護(hù)還沒(méi)有破壞。

二次襯砌的臨界施作時(shí)間，也是初期支護(hù)的臨界破壞時(shí)間。在上述計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用FLAC軟件求得初期支護(hù)達(dá)到極限破壞狀態(tài)下的對(duì)應(yīng)的拱頂位移，由計(jì)算結(jié)果可得：初期支護(hù)達(dá)到極限破壞狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的拱頂最大下沉為6.94 cm；考慮到噴射混凝土的齡期生長(zhǎng)，以及初期支護(hù)結(jié)構(gòu)即使在模注混凝土施工后失效，也會(huì)導(dǎo)致復(fù)合式襯砌整體結(jié)構(gòu)剛度的明顯降低，所以建議在實(shí)際施工過(guò)程中選取一定的安全系數(shù)，本研究以極限位移的60%作為施工二次襯砌的位移指導(dǎo)值，即初期支護(hù)拱頂沉降達(dá)到4.16 cm前，應(yīng)該完成二次襯砌的施工。初期支護(hù)與二次襯砌“接力承載”支護(hù)特征曲線如圖15所示。

注：橫坐標(biāo)是支護(hù)結(jié)構(gòu)位移；縱坐標(biāo)是結(jié)構(gòu)承載力；K1是初期支護(hù)剛度；K2是二次襯砌剛度；u1max是初期支護(hù)極限位移；u2max是二次襯砌極限位移；P1max是初期支護(hù)極限承載力；P2max是二次襯砌極限承載力；P12max是初期支護(hù)與二次襯砌組合支護(hù)極限承載力。圖15 初期支護(hù)與二次襯砌“接力承載”支護(hù)特征曲線

5 結(jié)論

(1)十字交叉隔壁后拆式工法通過(guò)十字交叉的臨時(shí)支撐體系將大斷面隧道分割成四分部導(dǎo)洞施工，降低了軟弱地層大跨隧道的施工難度，同時(shí)各分部導(dǎo)洞綜合考慮了合理的施工空間，避免了傳統(tǒng)工法分部開(kāi)挖工序相互干擾問(wèn)題，各導(dǎo)洞既相互獨(dú)立又通過(guò)十字交叉臨時(shí)支撐連為一體，有效實(shí)現(xiàn)了“安全快速通過(guò)”的施工目的。

(2)“后拆式”的十字交叉臨時(shí)支撐體系，確保在臨時(shí)支撐體系拆除時(shí)，初期支護(hù)和二次襯砌已經(jīng)同時(shí)承載，避免了傳統(tǒng)工法中因拆撐時(shí)應(yīng)力釋放導(dǎo)致的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，確保了施工過(guò)程中的安全可靠性。

(3)首次采用了分單元預(yù)制的襯砌鋼筋骨架，達(dá)到洞內(nèi)鋼筋快速拼裝、襯砌快速灌注的施工目的，鋼筋骨架單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工操作簡(jiǎn)便易行，解決了洞內(nèi)傳統(tǒng)鋼筋綁扎工效低、二次襯砌無(wú)法及時(shí)施作的弊端。

(4)十字交叉隔壁后拆式工法成功應(yīng)用于梁山隧道富水軟弱帶的施工中，取得了良好的效果；該工法可在類(lèi)似極軟弱地質(zhì)環(huán)境中、軟巖大變形或嚴(yán)格控制變形沉降的條件下，安全快速修建大斷面隧道中推廣應(yīng)用。

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Research on Mechanical Properties and Application of Post-dismantled Decussated Diaphragm Construction Method

LIN Ben-tao

(China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Chengdu 610031, China)

During the construction of Liangshan tunnel on Xiamen to Shenzhen railway crossing L7 rich water weak stripe area, the working processes are obstructed heavily. In order to assure tunnelling safely through the area, comparisons are made economically and technically before the adoption of the post-dismantled decussated diaphragm method until the improvement of the stratum condition by advance strengthening measures. The characteristics and construction procedures of post-dismantled decussated diaphragm method are explained in this paper. Compared with the traditional CRD method, its greatest characteristic is“post-dismantled” decussated temporary support system. When temporary support is dismantled, the surrounding rock load is supported with primary support and second lining at the same time to avoid instability resulted in the release of dismantling supporting stress of the primary support structure in traditional method, and ensure the safety and reliability in the process of construction. The supporting mechanics conversion system of post-dismantled decussated diaphragm method in construction process is studied with numerical calculation and mechanics analysis. Conclusions show that the main bearing structure is the support system comprised of primary support and temporary support and the support system should be shaped in circular section as soon as possible; the time for closing the second lining is the time for supporting the second lining; and 60% of the primary support limit displacement is taken reasonably to guide the second lining displacement.

Railway tunnel; Post-dismantled decussated diaphragm method; L7 rich water weak stripe area; System conversion of construction mechanics

2015-03-05；

2015-05-17

鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2011G026-G)。

林本濤(1975— )，男，高級(jí)工程師，1998年畢業(yè)于西南交通

大學(xué)隧道及地下工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：304897840@qq.com。

1004-2954(2015)12-0058-06

U45

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.014