軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術分析

馮 躍

(廣州誠信公路建設監理咨詢有限公司，廣東 廣州 510420)

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軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術分析

馮 躍

(廣州誠信公路建設監理咨詢有限公司，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特征進行系統分析的基礎上，結合具體工程案例，針對軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術展開研究。

軟弱地層；大斷面隧道施工；方案優化；施工技術

1 軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術

1.1 案例工程介紹

某路橋工程由于所處地理位置的地質條件較差，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，炭質頁巖、砂巖、灰巖為主要的基巖構成，巖層性質屬于泥質灰巖或偶夾灰巖，隧道橫穿的巖層穩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化

通過對類似工程施工數據及案例工程施工現場具體情況的對比分析，結合施工的工期以及開挖成本等實際數據，確定案例工程應用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構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隧道二次襯砌結構的混凝土澆筑。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，在方案應用的初期，以平行支護作為初期支護，從而使下臺階出現封閉、穩定的支護體系，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，在實踐中發現，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，應用此方案開挖輪廓線內要預留厚度在30 cm左右的空間，用鐵鍬人工開挖。

在模型建立后，將施工現場各地層的粉質粘土、全風化頁巖、強風化頁巖、微風化頁巖、超前導管加固區、初期支護、二次襯砌等物理參數帶入模型中，發現在各開挖步中，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定性。在圍巖擾動分析方面，通過計算可以發現，兩者開挖引起的圍巖最大剪應變分別為10×10-3和70×10-3,在初期支護結構內力分析方面發現，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結構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構的穩定性；在二襯安全系數分析方面發現兩者對二襯結構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，在方案對比優化中的借鑒過程。結合案例工程的實際情況和支護結構，以及兩種方案在FLAC2D軟件模擬中的參數分析結果，從安全角度考慮，應選擇CRD施工方案。

1.3 軟弱地層大斷面隧道施工技術

在應用CRD施工方案進行現場施工的過程中要注意現場的監控測量技術和現場控制技術，現場監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用精密水準儀，兩側端面范圍內，通過設置通視條件、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的掛鉤預埋件作為測樁，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的開挖間距分別控制在4 m和10 m左右，而且下臺階循環開挖過程中的進尺間距要在3 m以內，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，監控測量技術是保證施工結構穩定性，判斷施工方案可行性的重要標準，對施工過程具有指導意義，指導流程如圖2所示，案例工程中，利用監控測量數據對開挖、支護等進行優化，通過施工技術效果檢測數據發現，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范的要求，而且在施工的過程中可以保證工程的穩定性，施工的安全性較高，換言之，施工技術的應用基本可以滿足施工質量的要求，但通過案例工程的施工過程，可以發現，利用CRD方案相關的施工技術進行施工，由于大型施工機械的應用受到一定的限制，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合實際情況進行針對性的改進。

2 結 論

通過上述分析可以發現，現階段人們已經認識到大斷面隧道已經成為隧道建設的必然方向，并在實踐中結合軟弱地層的實際特點，針對其大斷面隧道施工方案優化與施工技術展開研究，現階段雖然取得了一定的成效，但仍需要在較長一段時間內繼續深化和完善。

[1] 李紅兵．軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術[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化與施工技術研究[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[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