馮登堯 曾勁松 魏仔宜

貴州高速公路集團(tuán)有限公司 貴州貴陽(yáng) 550025

1 工程概況

某城市快速路K2+283.908—K3+014 段為隧道明挖段，隧道面積為28200m2(長(zhǎng)730.092m)。由于道路兩側(cè)有既有建筑，車(chē)行地通道基坑開(kāi)挖無(wú)放坡條件，設(shè)計(jì)考慮在地通道左、中、右分別設(shè)置支護(hù)樁（作為結(jié)構(gòu)），地通道分左、右幅分幅分段施工。

明挖段地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要分為砂巖、泥巖，取距離明挖段設(shè)計(jì)起點(diǎn)80m 處橫斷面地質(zhì)構(gòu)造，場(chǎng)地原始地貌為構(gòu)造剝蝕淺丘地貌，埋深5m，右側(cè)上方有定普工貿(mào)有限公司，為保證結(jié)構(gòu)安全，試算采用分層式結(jié)構(gòu)明挖段整體安全分析以及支護(hù)樁結(jié)構(gòu)安全分析[1-3]。

本次開(kāi)挖工藝模擬根據(jù)隧道斷面尺寸、圍巖等級(jí)和周邊環(huán)境，采用明挖法施工，分析在此施工工藝之下，圍巖應(yīng)力、變形及支護(hù)樁的應(yīng)力、形變，通過(guò)綜合分析，選擇安全經(jīng)濟(jì)合理的施工方式[4]。

數(shù)值模擬軟件對(duì)隧道開(kāi)挖進(jìn)程進(jìn)行模擬時(shí)，模型采用平面二維計(jì)算，為減小邊界效應(yīng)保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，建立的平面模型圖1 所示。

圖1 平面模型的網(wǎng)格劃分

2 第二層開(kāi)挖結(jié)果分析

2.1 位移分析

第二層土體開(kāi)挖時(shí)，圍巖整體位移云圖如圖2、圖3所示，最大水平位移為28.4mm，最大沉降量為15.0mm。

圖2 圍巖水平方向位移云圖

圖3 圍巖豎直方向位移云圖

2.2 圍巖應(yīng)力

第二層土體開(kāi)挖時(shí)，圍巖整體應(yīng)力云圖如圖4、圖5所示，圍巖最大第一主應(yīng)力為0.13MPa，最大第三主應(yīng)力為0.93MPa。

圖4 圍巖第一主應(yīng)力云圖

圖5 圍巖第三主應(yīng)力云圖

3 豎向支護(hù)樁安全分析

豎向支護(hù)樁安裝后，支護(hù)樁整體位移云圖如圖6、圖7 所示，最大水平位移為0.35mm，最大豎向位移為5.64mm。

圖6 圍巖水平方向位移云圖

圖7 圍巖豎直方向位移云圖

對(duì)圍巖位移、圍巖應(yīng)力和支護(hù)樁應(yīng)力的位移和受力分析，對(duì)隧道洞口段采用明挖法的施工，進(jìn)行綜合判定。

對(duì)圍巖位移的變形分析如表1 所示。

表1 圍巖位移分析表 mm

對(duì)圍巖應(yīng)力的分析如表2 所示。

表2 圍巖應(yīng)力分析表 MPa

對(duì)支護(hù)樁應(yīng)力的分析如表3 所示。

表3 支護(hù)樁位移分析表 mm

對(duì)支護(hù)樁應(yīng)力的分析如表4 所示。

表4 支護(hù)樁應(yīng)力分析表 MPa

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用明挖法施工，根據(jù)圍巖整體位移分析可知，最大水平位移為28.4mm，而受主要影響的豎向變形中，最大變形為67.8mm，其中，在開(kāi)挖地層土初始階段，由于兩邊邊坡側(cè)缺少支護(hù)，會(huì)有不同均值的豎向位移形變，數(shù)值較小，均在合理安全范圍內(nèi)；施工時(shí)需注意保證右側(cè)邊坡穩(wěn)定，保證廠房安全。

（2）通過(guò)對(duì)圍巖應(yīng)力分析可知，最大第一主應(yīng)力為14.7MPa，最大第三主應(yīng)力為16.8MPa。其中，最大值出現(xiàn)在回填之后，豎向應(yīng)力由于重力及不同荷載的影響，出現(xiàn)應(yīng)力峰值，均小于圍巖抗壓強(qiáng)度。

（3）通過(guò)支護(hù)樁分析可知，最大橫向位移為2.76mm，最大豎向位移5.64。位移變形只要發(fā)生在開(kāi)挖階段，由于開(kāi)挖引起的地面不均勻沉降，支護(hù)樁橫向、豎向均產(chǎn)生了不同的位移，變量均在可接受范圍內(nèi)。

（4）通過(guò)支護(hù)樁分析可知，最大第一主應(yīng)力為14.7MPa，最大第三主應(yīng)力為16.8MPa。受力最大荷載步為回填完成后，開(kāi)始承受回填土及荷載壓力，最大值出現(xiàn)在支護(hù)連接處。

（5）該工程洞口段采用明挖方式，通過(guò)對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果分析，采用明挖方式產(chǎn)生的位移及應(yīng)力均在合理范圍內(nèi)，總體上說(shuō)，該施工受填土地質(zhì)特性影響，以及上方廠房和周?chē)ㄖ锏拇嬖凇＝ㄗh通過(guò)對(duì)位移過(guò)大的區(qū)段進(jìn)行二次加固，對(duì)圍巖壓力與支護(hù)樁受力過(guò)大的區(qū)段進(jìn)行強(qiáng)加護(hù)；或者優(yōu)化方案，充分考慮該地區(qū)的地質(zhì)圍巖條件，在滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全的前提下，調(diào)整隧道設(shè)計(jì)或變更設(shè)計(jì)施工方案，綜合受理分析和經(jīng)濟(jì)合理考慮，選擇最佳方案。