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《淺埋大跨徑雙連拱隧道的開挖與支護.doc》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、淺埋大跨徑雙連拱隧道的開挖與支護 摘要:通過對雙連拱隧道設計方案、開挖方案、支護方案的比選論證,總結了連拱隧道的受力特點和開挖經驗,供同類項目參考借鑒。 關鍵詞:連拱隧道;三導洞法;優(yōu)化設計;開挖及支護方案 一、概述 宛坪高速公路是上海至西安國家重點干線公路的重要組成部分,公路總長150.8km,批準概算約72億元。宛坪高速公路全線設計有16座大跨徑、淺埋置的雙連拱隧道,總長度3249米,均為短隧道。設計指標建筑限界寬度14.0m,內輪廓采用三心圓,建筑限界高度5.0m,設計車速為100km/h。其中7座隧道圍巖巖性
2、以風化細砂巖為主,而另外9座隧道圍巖為變質巖,巖性以風化的二云石英巖為主。隧道大多為淺埋置(埋置厚度最淺的1m,最深的46m)、圍巖以Ⅱ類和Ⅲ類(Ⅴ級和Ⅳ級)為主,強度低,地質條件復雜。16座大跨徑、淺埋置、地質條件差的連拱隧道同時出現(xiàn)在同一條高速公路上,在國內、國際上都是首屈一指的,同時也成為宛坪高速重點控制工程?! 《⒃O計方案論證 宛坪高速16座隧道隧址大都位于位于地形陡峻、脊谷相間的“雞爪”地帶,分離式路基很難滿足《公路隧道設計規(guī)范》對左右洞距的要求,不得不采用小凈距或連拱隧道方案。由于小間距隧道對中隔墻兩側巖體光
3、面爆破技術要求極高,施工難度較大,且主洞的開挖及支護過程使中間巖柱受到多次擾動,巖體力學指標大大降低,其自身穩(wěn)定性受到很大影響,需要進行加固處理,特別是對于軟巖隧道,將會大幅增加投資。國內對小間距隧道目前還沒有形成完整的、成熟的設計、施工技術規(guī)范,對于隧道在不同跨徑下中間巖柱最小尺寸、形狀、支護參數(shù)、施工工藝、開挖方法及控制爆破等關鍵技術還缺乏系統(tǒng)的研究,小間距隧道的適用范圍還不夠明確。因而,綜合考慮以上因素,16座隧道全部選用連拱隧道方案?! ∈┕み^程中圍巖應力分布、襯砌受力變形狀況不明確,左右洞施工對中隔墻的影響難以把握
4、,增加了隧道施工變形和穩(wěn)定控制的難度,稍有不慎,就會產生塌方。在設計過程中,針對連拱隧道斷面及地質情況的特殊性,采用三維有限元數(shù)值分析方法動態(tài)模擬連拱隧道施工全過程中圍巖和支護結構,了解連拱隧道的變形規(guī)律和工程特點,獲得不同施工時序隧道圍巖和支護結構的應力、位移變化特征,從而論證設計及施工方法的合理性和科學性。 三、施工方案 根據(jù)前期勘探及地質調查資料表明,16座隧道全部處于Ⅴ級和Ⅳ級軟巖當中,為確保不對圍巖進行大的擾動和施工過程中不產生坍塌,設計提出臺階法及三導洞先墻后拱法兩種方案對比論證。3 采用臺階法開挖,即先行
5、中導坑及中隔墻,其次主洞分上、中、下三個臺階依次開挖。這種開挖方法施工工序簡單,操作方便,但主洞開挖支護后,中隔墻即開始承重,其頂部、底部圍巖出現(xiàn)高應力承壓區(qū),特別是頂部角隅處圍巖產生應力集中,施工時掌子面穩(wěn)定性較差,周邊變形量較大,存在一定的隱患?! 〔捎萌龑Ф聪葔蠊胺ㄊ┕?,施工要點: ①對Ⅱ、Ⅲ類圍巖段合理控制三個導洞開挖作業(yè)之間的距離,中導洞先行,系隧道開挖的關鍵;再開挖地質條件較差或受力不利一側的導洞a,a導洞滯后中導洞8~10米;然后再開挖另一側導洞b,b導洞滯后a導洞8~10米,導洞均采用正臺階法施工,臺階長
6、度5~8米,開挖進尺按兩榀鋼架間距進行?! 、趯Β颉ⅱ箢悋鷰r段合理控制左、右主洞開挖作業(yè)面之間的距離,主洞開挖先進行導洞a側主洞,導洞b側主洞滯后a側主洞8~10米,主洞開挖亦采用臺階法,Ⅱ類圍巖上臺階分部開挖留核心土,進尺控制同導洞開挖,然后進行初期支護施工,防排水施工?! 、劭刂普撮_挖作業(yè)面與二次襯砌作業(yè)面之間的距離,正洞隧道開挖作業(yè)面與襯砌作業(yè)面之間距離最小按15米考慮?! 、芏我r砌采用混凝土運輸車、輸送泵和襯砌模板臺車的機械化配套施工方案,確?;炷临|量達到內實外光?! 、茛颉ⅱ箢悋鷰r在施工中要堅持“弱爆破、短開
7、挖、強支護、早封閉”的原則?! 、奘┕み^程加強監(jiān)控量測,及時處理分析數(shù)據(jù),調整支護參數(shù)。 導洞超前掘進,可起到超前地質預報作用,保證施工的安全性和穩(wěn)定性,有效地降低地表沉陷,而且施工無須大型機械設備,操作性強,進度穩(wěn)定,工期保障性強。宛坪高速公路16座隧道的施工實踐證明了三導洞法開挖的有效性、安全性?! ∷?、施工工況力學分析 經過對連拱隧道施工過程的受力變形及各部位穩(wěn)定性的分析,隧道圍巖應力集中部位主要出現(xiàn)在各開挖面附近。在隧道邊墻和底板相交的轉角位置及中隔墻底部,最大主應力集中比較明顯,且量值較大;在側導坑拱頂位置和全
8、斷面底板部位有拉應力集中現(xiàn)象。但采取連拱隧道施工方法,在側導坑頂部的拉應力并沒有涉及到隧道全斷面,所以側導坑的開挖不會對全斷面隧道頂部產生顯著的影響。在邊墻與底拱的轉角部位和中隔墻底部也有一定范圍的應力集中,而核心土的開挖對圍巖應力分布影響不大。左右邊墻處最大的水平收斂發(fā)生在主洞拱部開挖的