吳 勇

（中國水電建設(shè)集團(tuán)第十五工程局有限公司，陜西西安 710065）

洛帶古鎮(zhèn)隧道下穿磚廠道路段施工技術(shù)研究

吳 勇

（中國水電建設(shè)集團(tuán)第十五工程局有限公司，陜西西安 710065）

下穿道路隧道在生活及施工中非常普遍，如何確保在隧道施工過程中的安全顯得尤為重要，本文以洛帶古鎮(zhèn)隧道下穿磚廠道路段施工技術(shù)為研究對象，通過分析隧道下穿該路段時(shí)是否安全，采用了FLAC3D數(shù)值軟件對下穿施工進(jìn)行了模擬計(jì)算，對類似工程具有借鑒作用。

下穿道路；淮洛路；隧道；FLAC3D

1 工程概況

四川成洛項(xiàng)目洛帶古鎮(zhèn)隧道進(jìn)口洞頂覆蓋層斜上方有一磚廠，磚廠運(yùn)輸車輛需通過洞頂?shù)缆烦鋈耄摱蔚缆肪嗨淼蓝纯谒骄嚯x15 m，垂距6.5 m，覆蓋層為崩坡積粉質(zhì)粘土層，此段隧道圍巖級別設(shè)計(jì)為B5q2型襯砌。由于磚廠運(yùn)輸車輛荷載較重，且此段隧道埋深較淺，因此隧道在穿越此段道路施工時(shí)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。為了分析隧道下穿該路段時(shí)是否安全，我們采用了FLAC3D數(shù)值軟件對隧道下穿此段道路施工時(shí)取最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算。

2 模型建立

（1）模型尺寸：本次洛帶古鎮(zhèn)隧道開挖數(shù)值模擬計(jì)算區(qū)域?yàn)闄M向80 m，縱向24 m，隧道開挖方向取30 m。

（2）隧道斷面：根據(jù)洛帶古鎮(zhèn)隧道支護(hù)示意圖以及洛帶古鎮(zhèn)隧道中隔壁開挖示意圖，隧道實(shí)際開挖面積100.23 m2，以半徑為5.75 m的圓形斷面代替隧道開挖斷面，其開挖面積為103.8 m2可以滿足要求。

（3）支護(hù)本構(gòu)模型選擇：在Flac3D軟件中提供了三維和二維的隧道襯砌結(jié)構(gòu)單元，其結(jié)構(gòu)單元的力學(xué)特性可以分為襯砌材料本身對結(jié)構(gòu)的響應(yīng)和襯砌與Flac3D網(wǎng)格的相互作用，襯砌是可抵抗表面荷載和彎曲荷載的殼體單元。

本次隧道模擬計(jì)算過程中，隧道初期支護(hù)為24 cm的混凝土，因此選用各向同性的彈性模型。在該本構(gòu)模型中，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系滿足胡克定律。

（4）模型邊界條件：根據(jù)計(jì)算要求模型取兩側(cè)為限制水平方向位移的滑動(dòng)支座，可垂直移動(dòng)；底部為限制垂直方向位移的滑動(dòng)支座，底邊與側(cè)邊的兩個(gè)角點(diǎn)處為限制水平方向與垂直方向位移的固定支座；

隧道上方公路約為4 m寬，過車整體重量取為100 t，本次數(shù)值計(jì)算做如下假定：車長6 m，將整車重量均布于4 m×6 m的公路路基，則按照重量計(jì)算的均布荷載為0.42 MPa。該均布荷載作用于隧道正上方，作用于計(jì)算模型上表面，區(qū)域范圍為X（-2～2），Y（12～18）。

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的地質(zhì)資料以及襯砌的相關(guān)參數(shù)選取了洛帶古鎮(zhèn)隧道模型力學(xué)參數(shù)如表1。

表1　洛帶古鎮(zhèn)隧道模型力學(xué)參數(shù)

為使計(jì)算偏安全，本次數(shù)值計(jì)算采用了較為危險(xiǎn)的開挖方式，即隧道采用全斷面開挖方式，每循環(huán)開挖2 m，開挖完畢立即進(jìn)行初期支護(hù)。建立的數(shù)值模型如圖1，模型分為15步開挖。

圖1　模型網(wǎng)格剖分圖

3 模擬過程與結(jié)果分析

模型建立好之后，即可進(jìn)行設(shè)定本構(gòu)模型和材料特性、設(shè)置應(yīng)力條件和邊界條件等操作，最終進(jìn)行求解。在求解過程中，隧道開挖之前先求解一次，使模型在原巖應(yīng)力狀態(tài)下達(dá)到平衡。隧道每開挖2 m完成后求解一次，求解完成后再進(jìn)行下一步開挖。隧道開挖過程中計(jì)算結(jié)果列表見表2。

表2　模擬開挖結(jié)果列表

根據(jù)隧道開挖過程中豎向應(yīng)力云圖2，隧道開挖過程中豎向位移云圖3以及開挖過程中結(jié)果列表1，5可以得出以下結(jié)論：

（1）隧道開挖至車輛荷載作用的地段（即開挖至12 m處），地表位移有較大的上升，且開挖至該段時(shí)地表位移均發(fā)生在均布荷載作用范圍內(nèi)，可見該路段重車行駛對隧道開挖有較大的影響。

（2）由于隧道在粉質(zhì)粘土中進(jìn)行施工，圍巖條件較差，且距地表距離較小，因此計(jì)算得出的地表下沉量較大達(dá)到7.9 cm，施工過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)措施，并同時(shí)加強(qiáng)位移監(jiān)測工作。

4 施工中的安全措施

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，為了進(jìn)一步確保施工安全，我們在施工過程中，采取以下安全措施：

（1）設(shè)置臨時(shí)鋼便橋，分散車輛荷載，減少局部應(yīng)力。

在隧道穿越洞頂覆蓋層上方道路處設(shè)置長20 m、寬5 m由厚20 mm的鋼面板、鋼墊板及Ⅰ56a型鋼承重架和Ⅰ20a型縱梁組成的臨時(shí)鋼便橋，用以分散洞頂上方磚廠道路通行車輛的荷載，減小局部應(yīng)力，同時(shí)為防止車輛在通過鋼便橋時(shí)打滑發(fā)生事故，在鋼便橋上沿縱向間距設(shè)置Ⅱ級防滑鋼筋。

（2）采用交叉中隔壁法非鉆爆開挖，嚴(yán)禁鉆爆施工。

我們在此段隧道施工時(shí)采用交叉中隔壁法施工，由人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行非爆破開挖，施工中遵循“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、緊支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則。洞身開挖在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的指導(dǎo)下進(jìn)行，在洞身開挖施工時(shí)，左右兩洞一前一后錯(cuò)開進(jìn)行開挖施工，要求在先行洞初期支護(hù)施做完成后并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，才能進(jìn)行相鄰位置后行洞的開挖，并且每循環(huán)進(jìn)尺上臺(tái)階控制在不大于0. 5 m（1榀鋼架），下臺(tái)階不大于1.0 m（2榀鋼架）；每循環(huán)在開挖完成后隨即網(wǎng)噴錨配合鋼架進(jìn)行支護(hù)，同時(shí)對后續(xù)將要開挖的巖面進(jìn)行噴錨和鋼拱架臨時(shí)支護(hù)，盡可能在最短時(shí)間內(nèi)使初支鋼架封閉成環(huán)，形成封閉完整的受力體系；當(dāng)初支和圍巖變形基本穩(wěn)定后，盡快施做小邊墻、仰拱填充及二次襯砌。在洞身開挖施工時(shí)，要充分利用圍巖的自承能力，嚴(yán)格控制圍巖的早期變形，保持圍巖穩(wěn)定，施工時(shí)按要求預(yù)留預(yù)留變形和及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測；要求圍巖封閉位置距離掌子面的距離不大于25 m，二襯砌距離掌子面不大于50 m；交叉中隔壁臨時(shí)支護(hù)在澆筑仰拱前逐段拆除，一次拆除長度需要根據(jù)監(jiān)控量測的結(jié)果確定，但不能大于15 m，臨時(shí)支護(hù)在拆除完畢后要及時(shí)施做仰拱和二次襯砌，特殊情況下可先施做仰拱和仰拱填充，再拆除中隔壁，最后再施做拱墻襯砌；仰拱施作必須鋪設(shè)棧橋全幅分段施工。

（3）輔助工程施工及隧道襯砌施工

在磚廠道路周邊洞頂?shù)乇砀采w層周圍采用Ф76×5 mm鋼花管和Ф76PVC管進(jìn)行對洞頂覆土進(jìn)行地表注漿加固，注漿花管注漿間距為1.5 m× 1.5 m，呈梅花狀布置，注漿完成后采用物探及鉆孔取芯手段對注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)和評定。

在此段洞身開挖輔助工程采用單根長9 m的Ф89×6 mm中管棚進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，中管棚在洞身襯砌中線兩側(cè)60°范圍布設(shè)，環(huán)向間距30 cm，排距6.5 m，每環(huán)46根，注漿材料采用0.6∶1～0.8∶1的純水泥漿。

洞身襯砌按照B5q2型襯砌施工，采用網(wǎng)噴錨配合鋼架進(jìn)行初期支護(hù)，網(wǎng)片筋采用間距為20 cm ×20 cm的Ф8雙層網(wǎng)片筋，噴射混凝土采用26 cm厚的C25噴射混凝土，型鋼鋼架采用全環(huán)的HW175型鋼鋼架，預(yù)留變形量為40 cm，為防止隧道拱頂或初支鋼架整體產(chǎn)生過大沉降變形，在上臺(tái)階襯砌每榀鋼架拱腳沿縱向拉通設(shè)置1.2 m寬的鋼墊板及斜撐型鋼，同時(shí)于上臺(tái)階開挖底面以上1 m處設(shè)置由4根5 m長的Ф89鎖腳錨管及1根I20槽鋼組成聯(lián)合鎖腳系統(tǒng)；二襯混凝土在拱圈采用60 cm厚的C30氣密性鋼筋混凝土，仰拱采用氣密性耐腐蝕鋼筋混凝土。

（4）進(jìn)行監(jiān)控量測

在洞身開挖和支護(hù)完成以后要及時(shí)進(jìn)行洞內(nèi)監(jiān)控量測和地表觀測，洞內(nèi)監(jiān)控量測拱頂下沉和周邊收斂位移采用的量測斷面每5 m一個(gè)，地表沉降觀測的斷面每10 m一個(gè)。

5 應(yīng)用及推廣

通過對洛帶古鎮(zhèn)隧道下穿磚廠道路段施工前采取模擬計(jì)算分析，施工中采取設(shè)置臨時(shí)鋼便橋、增加地表注漿、采用非爆破交叉中隔壁法開挖、增加超前連環(huán)中管棚和初支鋼架封閉成環(huán)并設(shè)立聯(lián)合鎖腳系統(tǒng)等一系列措施的施工實(shí)例，保證了隧道下穿磚廠道路段的施工安全，可為后續(xù)類似工程提供借鑒作用。

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

［2］ 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTG F60-2009）［S］.2009.

［3］ 四川省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)指南（隧道工程），2012.

U455.4

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2016-02-11