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        超大斷面隧道半步CD法施工技術(shù)應(yīng)用

        2017-11-04 11:38:27石常生李賀朋董文魯
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年21期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)控量測(cè)隧道工程數(shù)值模擬

        石常生+李賀朋+董文魯

        摘 要:以京滬高速濟(jì)南連接線超大斷面公路隧道工程為依托,對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖條件下采用的半步“CD”法隧道施工變形規(guī)律進(jìn)行研究,對(duì)結(jié)構(gòu)變形提出針對(duì)性控制措施。結(jié)果表明:半步“CD”法施工,拱頂沉降及收斂監(jiān)測(cè)值較“CD”法開挖小,在保證施工安全及進(jìn)度的前提下,大大縮短了施工周期及支護(hù)成環(huán)時(shí)間,對(duì)相似超大斷面隧道施工提供了借鑒。

        關(guān)鍵詞:隧道工程;超大斷面隧道;半步“CD”法;數(shù)值模擬;監(jiān)控量測(cè)

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.101

        1 前言

        周丁恒[1]等對(duì)洞口邊坡及不同圍巖情況下的隧道變形規(guī)律、控制大變形的工程措施進(jìn)行了分析,并提出控制大變形的工程措施。袁勇和王勝輝[2]采用FLAC 數(shù)值模擬平臺(tái)分析了其在超大斷面低扁平率公路隧道穩(wěn)定性方面的效果。肖同強(qiáng)等[3]利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、數(shù)值模擬等方法分析超大斷面硐室變形及破壞機(jī)理,提出了分區(qū)耦合支護(hù)圍巖穩(wěn)定控制原理。本文以京滬高速濟(jì)南連接線港溝隧道為工程依托,采用FLAC有限元分析與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法,對(duì)半步“CD”法開挖技術(shù)進(jìn)行研究,揭示超大斷面隧道IV級(jí)圍巖開挖變形機(jī)理,同時(shí)對(duì)隧道的設(shè)計(jì)、支護(hù)施做時(shí)機(jī)的選取和施工過程中的工法選擇等提供相應(yīng)指導(dǎo)。

        2 工程概況

        港溝隧道位于濟(jì)南市歷城區(qū)太平莊村東北側(cè),進(jìn)口位于港溝村西南側(cè),出口位于濟(jì)南民兵訓(xùn)練中心南側(cè)。本區(qū)位于魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上的中部丘陵地區(qū),海拔100~900米,隧址區(qū)地勢(shì)起伏,海拔240~400米,切割深度100~200米,地形坡度20~50°。

        (1)工程地質(zhì)水文狀況。據(jù)踏勘、鉆探揭露,與隧道工程有關(guān)的地層主要為第四系上更新統(tǒng)洪積層(Q3pl)、奧陶系馬家溝組(O2nl)、奧陶系冶里-亮甲山組(O1y+l)、寒武系鳳山組(∈3f)。隧道區(qū)出露地層為奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r,局部溝谷地段上覆上更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土及碎石。

        隧址區(qū)出露的巖性為奧陶系寒武系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)影響,隧址區(qū)局部節(jié)理密集帶或構(gòu)造斷裂帶發(fā)育。

        (2)隧道半步“CD”法施工方案。針對(duì)隧道Ⅳ級(jí)圍巖開挖段,試采用改進(jìn)“CD”法—半步“CD”法進(jìn)行施工。施工時(shí),第一步開挖先行導(dǎo)坑上臺(tái)階1,隨后進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ上部初期支護(hù);其次開挖后行導(dǎo)坑上臺(tái)階2,施作初期支護(hù)Ⅲ上部;開挖后行導(dǎo)坑下臺(tái)階3,初期支護(hù)Ⅰ下部;開挖后行導(dǎo)坑下臺(tái)階4,初期支護(hù)Ⅲ下部;最后拆除中隔壁臨時(shí)支護(hù),開挖下臺(tái)階核心土5,進(jìn)行初期支護(hù)Ⅲ下部及仰拱封閉;最后位移變化速率達(dá)到要求,進(jìn)行仰拱模筑Ⅳ、拱墻模筑Ⅴ。

        設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)為:拱部采用Φ42×4mm超前注漿小導(dǎo)管,長(zhǎng)4.5m,環(huán)向間距40cm;采用3m長(zhǎng)Φ22砂漿錨桿鎖腳;鋼筋網(wǎng)采用Φ8@20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)片,鋼拱架為I18型型鋼,縱向間距80cm,噴射C25混凝土厚20cm。

        3 監(jiān)控量測(cè)結(jié)果

        通過對(duì)兩種施工工法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),拱頂沉降、凈空收斂監(jiān)測(cè)結(jié)果得出隧道開挖后一周左右為變形劇烈變化階段,隨著掌子面開挖,后方圍巖變形逐漸穩(wěn)定。隧道半步“CD”法開挖,采用設(shè)計(jì)支護(hù)方案,其拱頂沉降、凈空收斂監(jiān)測(cè)值均比“CD”法開挖小,其累計(jì)變化量均小于10mm。

        4 數(shù)值模擬

        (1)模型的建立。結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)情況,采用有限元分析軟件ANSYS建立數(shù)值模擬模型,利用專有軟件接口將模型導(dǎo)入FLAC3D軟件進(jìn)行計(jì)算、進(jìn)行數(shù)值模擬分析。模型如圖1所示。

        (2) 數(shù)值模擬結(jié)果分析。隧道在開挖之后變形以豎向沉降為主,拱頂附近變形最大,凈空收斂較拱頂沉降小,主要出現(xiàn)在兩側(cè)拱腰位置。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比可以得到,兩者比較接近,但是數(shù)值模擬結(jié)果均比實(shí)測(cè)值大。分析其原因可能是數(shù)值分析所用的巖土參數(shù)是根據(jù)勘察資料以及結(jié)合前人的研究成果得到的,與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可能有差別。另一方面數(shù)值模擬采用的支護(hù)方式較實(shí)際施工簡(jiǎn)單,未考慮錨桿、鋼拱架等支護(hù)作用,支護(hù)效果較實(shí)際施工差。

        5 結(jié)論

        對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖半步“CD”法施工圍巖變形規(guī)律進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明:

        (1)通過數(shù)值模擬與實(shí)際施工相比較,隧道開挖后,按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行初期支護(hù)的方法,可以較好的控制圍巖大變形,在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。

        (2)針對(duì)隧道Ⅳ級(jí)圍巖開挖段,試采用改進(jìn)“CD”法—半步“CD”法進(jìn)行施工。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),半步“CD”法施工拱頂沉降及收斂監(jiān)測(cè)值較“CD”法開挖較小,證實(shí)采用半步“CD”法開挖對(duì)周邊圍巖二次擾動(dòng)較小,在保證安全、質(zhì)量的前提下,加快了初期支護(hù)封閉成環(huán)的速度,為周邊圍巖的快速穩(wěn)定和初期支護(hù)盡快形成支撐環(huán)起到了積極的作用,同時(shí)為下一步施工的安全提供了有力的保障。對(duì)相似隧道工程半步“CD”法施工提供了借鑒。

        參考文獻(xiàn):

        [1]周丁恒,曹力橋,曲海鋒等.不同圍巖情況下特大斷面公路隧道施工變形監(jiān)測(cè)與控制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,28(12):2510-2519.

        [2]袁勇,王勝輝.超大斷面低扁平率公路隧洞先成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)新型支護(hù)體系數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué),2008.

        [3]肖同強(qiáng),李化敏,楊建立等.超大斷面硐室圍巖變形破壞機(jī)理及控制[J].煤炭學(xué)報(bào),2014.endprint

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