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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

        2016-03-11 08:46:57
        黑龍江交通科技 2016年11期
        關(guān)鍵詞:臺階斷面隧道

        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)的受力情況進行對比分析,對CRD進行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,當開挖長度累計達到3 m以上后,對2部進行單循環(huán)開挖,開挖的長度、噴射混凝土的厚度等均與1部相同,當累計長度也達到3 m以上時,進行第3部開挖,依次循序開展直至第6部,開挖長度達到設(shè)計標準后,將臨時搭建的鋼架拆除,然后進行仰拱回填,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,通過同步進行達到縮短工期的目的,在方案應(yīng)用的初期,以平行支護作為初期支護,從而使下臺階出現(xiàn)封閉、穩(wěn)定的支護體系,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、強風(fēng)化頁巖、微風(fēng)化頁巖、超前導(dǎo)管加固區(qū)、初期支護、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。可見,前者開挖的初期支護結(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)用精密水準儀,又要利用鋼圈尺、精密因瓦水準尺等,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,需要對開挖進尺、步長、支護、仰拱和二襯、防排水、施工安全、變形程度等方面進行控制管理,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準,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、支護等進行優(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)進行施工,由于大型施工機械的應(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)合實際情況進行針對性的改進。

        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

        C

        1008-3383(2016)11-0132-02

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