漳浦港城大道巷內隧道洞口開挖工法研究

■許筱明

（漳州市交通建設工程質量安全監督局，漳州 363000）

0 引言

隨著我國經濟的大力發展，交通需求量逐年增多，帶動了隧道的大量建設。隧道建設經常在淺埋、偏壓等地質條件下作業，為保證隧道結構的安全與穩定，對隧道施工技術的研究方興未艾。

在隧道施工工法、支護體系等方面，王志軍等[1,2]對隧道的施工工藝進行了研究，提出了保證隧道安全施工的策略。陳迪等[3-4]認為隧道是道路施工中的重要部分，隧道施工工藝和管理方法是隧道施工過程中的核心因素，直接影響著隧道的施工質量。高利平等[5-6]闡述了當前隧道工程的支護設計方法以及隧道施工技術的研究現狀，指出當前隧道施工的缺陷。諸多學者研究了隧道的開挖方法和施工工藝，探討隧道施工過程中的開挖方案和隧道監測等技術，對隧道的安全和穩定具有重大意義。

本文依托漳浦港城大道巷內隧道工程，對比分析隧道洞口的開挖方法，探討隧道施工過程中的開挖方案和隧道監測技術，確定合理的施工方法，保證隧道的開挖安全。

1 工程概況

1.1 隧道簡介

漳浦港城大道巷內隧道工程位于漳浦縣，該隧道為左右洞分離設置，全長1360m，寬14.00m，高 5.0m，為一級公路雙向六車道隧道，其洞口基本信息如表1所示。

表1 巷內隧道洞口基本信息表

1.2 隧道地質條件

隧道區洞身段屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏大，下緩上陡，天然山坡坡度約 25°～35°，山脊（頂）陡峭；隧道出口側自然山坡坡度約30°～35°，洞口圍巖為殘坡碎石土及砂土狀—碎塊狀強風化花崗巖，地下穩定水位高于隧道頂板，易坍塌，且隧道出口段兩側山溝的平緩地帶因長期積水而零星分布軟弱土層，穩定性較差。隧道出口地面高程52～58m，隧道軸線最大海拔標高175.5m，植被發育。

2 隧道洞口主要開挖方案

2.1 雙側壁導坑法及數值模擬

（1）雙側壁導坑法

根據該隧道出洞口段埋深及圍巖情況，采取雙側壁導坑法，其工藝流程如下：

①對左側導坑進行開挖，每循環進尺1榀鋼拱架距離；②對左側導坑進行初期支護，設鎖腳錨桿；③滯后左側導坑距離≥15m時，開挖右側導坑，人工配合整修，每循環進尺1榀鋼拱架距離；④對右側導坑進行初期支護，設鎖腳錨桿；⑤左側導坑開挖30m～50m時，中間導坑上臺階進行開挖，每循環進尺1榀鋼拱架距離；⑥中間導坑上臺階初期支護；⑦中間導坑上臺階開挖3m～5m時，開挖中間導坑下臺階，每循環進尺1榀鋼拱架距離；⑧中間導坑下臺階進行初期支護；⑨監測初期支護體系的變形情況，變形穩定，小于允許值范圍后，拆除側壁臨時鋼拱架，每次拆除長度根據監控量測數據確定；⑩與中間導坑下臺階拉開5m～10m，清理仰拱虛渣，澆筑仰拱混凝土；11○施做二襯背后塑料盲管及防水板，整體澆筑二襯混凝土。雙側壁導坑法施工工序如圖1所示。

4）重塑——店家要將自己的店名當做品牌來打造，通過提供性價比高的產品、全方位的體驗和服務來吸引消費者，重塑店鋪和消費者之間的關系，打造一大批喜歡在店鋪消費的粉絲，助力店鋪走向更高級別的營銷競爭——粉絲的競爭和平臺的競爭；記住要將自己的店鋪打造成品牌，讓粉絲認可店鋪（店老板），而非只認可店鋪內的品牌或店長、BA。

圖1 雙側壁導坑法施工工序圖

（2）數值計算與結果分析

1）模型建立

本次數值模擬以漳浦港城大道巷內隧道為工程背景，圍巖以現場實際地質為主，開挖工法為雙側壁導坑法，模擬軟件為大型通用有限元軟件Midas-GTS。本次模擬用摩爾庫倫實體單元模擬碎石土及強風化花崗巖，用彈性板單元模擬初期支護，用植入式桁架單元模擬錨桿。計算模型的邊界條件：底面為豎向約束，上邊界為自由邊界，左右邊界為橫向約束。采用的圍巖及支護參數如表2所示。

表2 圍巖及支護參數

2）數值模擬結果及分析

本次數值模擬雙側壁導坑法，作為對現場施工的指導，并與現場監控量測數據進行對比分析，因此模擬結果僅提取隧道周邊圍巖的位移變形情況，圖2為三維模擬典型斷面豎向位移計算。

圖2 雙側壁導坑法開挖典型斷面豎向位移計算

開挖左側壁導坑之后隧道左側底部位移量較大，隨著其他階段的開挖，拱腳變形也趨于穩定，中間導坑上臺階開挖后，拱頂沉降量較為明顯，隨著全斷面開挖支護之后，隧道已開挖部分周圍變形也都趨于穩定。

數值模擬隧道圍巖變形均是一次成型，因此體現為圍巖的最大變形值，采用雙側壁導坑法圍巖最大變形位置位于隧道拱頂，下沉值為17.5mm，周邊收斂最大值為21.5mm。

2.2 中隔壁法開挖及數值模擬

（1）中隔壁法

①開挖左側導坑，左側導坑超前右側導坑≥15m；②施工左側導坑初期支護和中隔壁墻；③開挖右側導坑；④施工右側導坑初期支護；⑤監測初期支護體系的變形情況，變形穩定，小于允許值范圍后，拆除臨時中隔墻，每次拆除長度根據監控量測數據確定；⑥清理仰拱虛渣，澆筑仰拱混凝土；⑦施做二襯背后塑料盲管及防水板，整體灌注二襯混凝土。中隔壁法施工工序如圖3所示。

圖3 中隔壁法施工工序圖

（2）數值計算與結果分析

1）模型建立

本次數值模擬以現場實際地質為主，開挖工法為中隔壁法，模擬軟件為大型通用有限元軟件Midas-GTS。模擬單元屬性及模型邊界條件與雙側壁導坑法相同。

2）數值模擬結果及分析

本次數值模擬中隔壁法，作為與雙側壁導坑法的對比分析，模擬結果僅提取隧道周邊圍巖的位移變形情況，圖4為三維模擬典型斷面豎向位移計算。

分析數值模擬結果得出，左側壁導坑上臺階開挖后拱腳有較大位移，因此開挖時應注意及時施做鎖腳錨桿；右側壁導坑開挖后拱頂有較大位移，這是由于拱頂巖體失去支撐后巖體應力釋放造成的。

采用中隔壁法開挖，圍巖最大變形位置位于隧道拱頂，下沉值為22.5mm，周邊收斂最大值為26.5mm。

圖4 中隔壁法開挖典型斷面豎向位移計算

2.3 對比分析

對比分析兩種開挖工法的數值模擬結果，雙側壁導坑法和中隔壁法施工產生的隧道洞頂位移和周邊收斂位移都能滿足施工要求，可保證隧道施工安全。

分析數值模擬計算結果，采用雙側壁導坑法開挖時拱頂最大沉降值為17.5mm，周邊收斂最大值為21.5mm；采用中隔壁法施工，拱頂最大沉降值為22.5mm，周邊收斂最大值為26.5mm。

在圍巖和支護參數相同的條件下，僅從隧道拱頂下沉和周邊收斂來分析，采用雙側壁導坑法產生的拱頂下沉和周邊收斂是中隔壁法的77.8%和81.1%，這是由于雙側壁導坑開挖步序多，圍巖應力逐次釋放，從而保證了圍巖的穩定，因此，僅從數值模擬方面考慮，雙側壁導坑法比中隔壁法施工安全。下面根據數值模擬結論，現場采用雙側壁導坑法施工，進行現場監測，并與數值模擬結果進行可靠性分析。

3 現場測試

3.1 施工監測方案

隧道開挖圍巖受力復雜，隧道施工監控成為研究隧道施工方案的可行性以及保證施工安全的重要措施。根據數值模擬結論，依托工程巷內隧道現場采用雙側壁導坑法施工，選取具有代表性Ⅴ級圍巖洞口段的ZK5+255斷面進行分析研究。監控量測布點如圖5所示。

圖5 雙側壁導坑法測點布置圖

3.2 監測頻率

根據我國現行規范[7]及現場實際情況，隧道監測頻率如表3所示 （B為隧道開挖寬度），允許相對位移如表4所示。

表3 按監測斷面距開挖面確定的監測頻率

表4 隧道周邊允許相對位移值Vn（%）

3.3 監測結果

ZK5+255斷面采用雙側壁導坑法拱頂沉降和周邊收斂情況如圖6～7所示。掌子面開挖后16d，拱頂沉降和周邊收斂變化趨勢均較平穩，最大值分別為16.0mm和19.7mm。

圖6 ZK5+255拱頂沉降與時間關系曲線

圖7 ZK5+255周邊位移與時間關系曲線

3.4 綜合分析

現場采用雙側壁導坑法施工，并以巷內隧道ZK5+255斷面作為重點監測對象，監測到16d時圍巖趨于穩定，拱頂沉降累積值為16.0mm，周邊收斂累積值為19.7mm；數值模擬雙側壁導坑法開挖拱頂最大沉降值為17.5mm，周邊收斂最大值為21.5mm。對比分析可知，數值模擬和現場監測拱頂沉降差距在10%范圍內，周邊收斂差距在10%范圍內，這是由于現場實際情況與理論模擬的圍巖參數不會完全相同，現場監測由于干擾因素較多，存在誤差，現場監測16d時圍巖變形趨于穩定，但圍巖變形為長期的過程，因此數值模擬和現場監測存在較小誤差，誤差范圍是可接受的，數值模擬結果是可靠的，可用于指導現場施工。

4 結語

（1）以漳浦港城大道巷內隧道工程為背景，數值模擬分析了隧道洞口段采用雙側壁導坑法和中隔壁法，并用拱頂下沉和周邊收斂值作為判斷依據，選取雙側壁導坑法作為指導現場施工的方法。

（2）通過洞口段現場監測結果與數值模擬結果進行對比分析，得出數值模擬的方法是可靠的，結果可信，可作為現場施工的指導。

（3）漳浦港城大道巷內隧道洞口段采用雙側壁導坑法施工，洞口安全穩定，支護變形較小，因此，雙側壁導坑法可作為同類地質較差洞口的一種可靠進洞方案，具有借鑒意義。