馮 躍

(廣州誠信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，廣東 廣州 510420)

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軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)分析

馮 躍

(廣州誠信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，廣東 廣州 510420)

對路橋工程軟弱地層大斷面隧道施工產(chǎn)生更加全面的認(rèn)識，推動其整體水平提升，在對軟弱地層大斷面隧道的基本力學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程案例，針對軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)展開研究。

軟弱地層；大斷面隧道施工；方案優(yōu)化；施工技術(shù)

1 軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)

1.1 案例工程介紹

某路橋工程由于所處地理位置的地質(zhì)條件較差，所以隧道埋深相對較淺，為20 m，最大埋深不超過50 m，開挖高度和跨度分別為13.5 m和16 m，開挖斷面面積為105 m2，炭質(zhì)頁巖、砂巖、灰?guī)r為主要的基巖構(gòu)成，巖層性質(zhì)屬于泥質(zhì)灰?guī)r或偶夾灰?guī)r，隧道橫穿的巖層穩(wěn)定性和強(qiáng)度均不理想，地下水雖然在開挖過程中滲透的幾率較小，但其呈弱酸性，腐蝕性明顯，地表水以大氣降水為主，可見此項工程屬于軟弱地層大斷面隧道施工工程。

1.2 軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化

通過對類似工程施工數(shù)據(jù)及案例工程施工現(xiàn)場具體情況的對比分析，結(jié)合施工的工期以及開挖成本等實際數(shù)據(jù)，確定案例工程應(yīng)用CRD法和三臺階七步開挖法兩種施工方案都具有可行性，為選擇最優(yōu)施工方案，利用FLAC2D軟件建立計算模型，對兩種方案中地層變形和結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行對比分析，對CRD進(jìn)行FLAC2D軟件模擬時，針對斷面的上中下分六部分開挖，首先第1部開挖，利用單循環(huán)開挖0.5 m，噴射厚度為4 cm的混凝土，當(dāng)開挖長度累計達(dá)到3 m以上后，對2部進(jìn)行單循環(huán)開挖，開挖的長度、噴射混凝土的厚度等均與1部相同，當(dāng)累計長度也達(dá)到3 m以上時，進(jìn)行第3部開挖，依次循序開展直至第6部，開挖長度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后，將臨時搭建的鋼架拆除，然后進(jìn)行仰拱回填，最后利用襯砌模板臺車實現(xiàn)隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑。在對三臺階七步開挖法進(jìn)行FLAC2D軟件模擬時，此方案要求利用7個開挖面同時開挖，分別支護(hù)，通過同步進(jìn)行達(dá)到縮短工期的目的，在方案應(yīng)用的初期，以平行支護(hù)作為初期支護(hù)，從而使下臺階出現(xiàn)封閉、穩(wěn)定的支護(hù)體系，其將斷面分為四個主要的部分，在錯臺臺階的方式下開挖，可以保證開挖的安全性，在實踐中發(fā)現(xiàn)，通常上部相比中部、中部相比下部、下部相比底部相比超前幾厘米的距離，實現(xiàn)逐級開挖，當(dāng)上臺階開挖高度、上臺階開挖高度、上臺階開挖高度分別控制在4～5 cm，3～4 cm和3～4 cm的情況下，開挖的速度和操作的可行性更有保證，需要注意的是，應(yīng)用此方案開挖輪廓線內(nèi)要預(yù)留厚度在30 cm左右的空間，用鐵鍬人工開挖。

在模型建立后，將施工現(xiàn)場各地層的粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化頁巖、強(qiáng)風(fēng)化頁巖、微風(fēng)化頁巖、超前導(dǎo)管加固區(qū)、初期支護(hù)、二次襯砌等物理參數(shù)帶入模型中，發(fā)現(xiàn)在各開挖步中，CRD的沉降程度和沉降范圍相比三臺階七步開挖法都具有明顯的優(yōu)勢，兩者開挖后累計最大沉降值分別為2.1 cm和8.5 cm，可見前者對圍巖擾動的程度相比后者更小，兩者在模擬中引起的最大地表沉降值和最大拱頂沉降值分別為3.4和4.5、8.9和10.5，所以CRD相比三臺階七步開挖法更有利于保證圍巖的穩(wěn)定性。在圍巖擾動分析方面，通過計算可以發(fā)現(xiàn)，兩者開挖引起的圍巖最大剪應(yīng)變分別為10×10-3和70×10-3,在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方面發(fā)現(xiàn)，CRD和三臺階七步法開挖時初支軸力最大值分別為550千牛和888千牛左右，而兩者的每米的彎矩最大值分別在160千牛和76千牛左右?？梢?，前者開挖的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力相比后者存在較明顯的不均勻性，后者更有利于保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；在二襯安全系數(shù)分析方面發(fā)現(xiàn)兩者對二襯結(jié)構(gòu)受力的影響較為接近，所以可在次案例工程中有意識的忽略此項參數(shù)，在方案對比優(yōu)化中的借鑒過程。結(jié)合案例工程的實際情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)，以及兩種方案在FLAC2D軟件模擬中的參數(shù)分析結(jié)果，從安全角度考慮，應(yīng)選擇CRD施工方案。

1.3 軟弱地層大斷面隧道施工技術(shù)

在應(yīng)用CRD施工方案進(jìn)行現(xiàn)場施工的過程中要注意現(xiàn)場的監(jiān)控測量技術(shù)和現(xiàn)場控制技術(shù)，現(xiàn)場監(jiān)控量測主要包括地表沉降量測和周邊及拱底下沉量測兩個方面。前者在觀測的過程中要應(yīng)用精密水準(zhǔn)儀，兩側(cè)端面范圍內(nèi)，通過設(shè)置通視條件、測量操作、牢固性等均較理想的基準(zhǔn)點和位于隧道軸線及其兩側(cè)的地面測點，在隧道開挖前30 m左右的距離開始測量；而后者在測量的過程中既要應(yīng)用精密水準(zhǔn)儀，又要利用鋼圈尺、精密因瓦水準(zhǔn)尺等，將位于隧道開挖毛洞拱頂?shù)膾煦^預(yù)埋件作為測樁，此時需要利用收斂儀圍巖周邊收斂。在施工控制的過程中，需要對開挖進(jìn)尺、步長、支護(hù)、仰拱和二襯、防排水、施工安全、變形程度等方面進(jìn)行控制管理，例如案例工程在開挖的過程中，為避免發(fā)生線控問題，需要對超挖行為進(jìn)行控制，將上下臺階之間的長度和左右側(cè)的開挖間距分別控制在4 m和10 m左右，而且下臺階循環(huán)開挖過程中的進(jìn)尺間距要在3 m以內(nèi)，在施工的過程中要有意識地將拱底的積水排出，避免地面沉降程度過大造成危險。在軟弱地層大斷面隧道施工的過程中，監(jiān)控測量技術(shù)是保證施工結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，判斷施工方案可行性的重要標(biāo)準(zhǔn)，對施工過程具有指導(dǎo)意義，指導(dǎo)流程如圖2所示，案例工程中，利用監(jiān)控測量數(shù)據(jù)對開挖、支護(hù)等進(jìn)行優(yōu)化，通過施工技術(shù)效果檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其拱頂沉降、周邊收斂的最大值和地表最大沉降量分別為21.7 cm，20.6 cm和6.7 cm，施工效果均滿足施工規(guī)范的要求，而且在施工的過程中可以保證工程的穩(wěn)定性，施工的安全性較高，換言之，施工技術(shù)的應(yīng)用基本可以滿足施工質(zhì)量的要求，但通過案例工程的施工過程，可以發(fā)現(xiàn)，利用CRD方案相關(guān)的施工技術(shù)進(jìn)行施工，由于大型施工機(jī)械的應(yīng)用受到一定的限制，所以施工的功效相對較低，而且在施工的過程中向其他施工方法轉(zhuǎn)化的難度較大，需要眾多的臨時支護(hù)提供安全保證，在一定程度上增加了施工成本，而且施工中各工序之間存在一定的干擾，特別是混凝土噴射的難度較大，在混凝土施工的過程中需要結(jié)合實際情況進(jìn)行針對性的改進(jìn)。

2 結(jié) 論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識到大斷面隧道已經(jīng)成為隧道建設(shè)的必然方向，并在實踐中結(jié)合軟弱地層的實際特點，針對其大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)展開研究，現(xiàn)階段雖然取得了一定的成效，但仍需要在較長一段時間內(nèi)繼續(xù)深化和完善。

[1] 李紅兵．軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)[J]．山西建筑，2014，(28)：197-199．

[2] 高偉民．軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)研究[J]．江西建材，2015，(5)：134．

[3] 向周貴．軟弱地層大斷面隧道施工技術(shù)[J]．交通世界(運輸．車輛)，2015，(3)：137-138．

2016-08-03

馮躍(1986-)，男，廣東梅州人，中級工程師，研究方向：路橋。

U455

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1008-3383(2016)11-0132-02