开挖隧道论文,关于大断面连拱隧道中洞法施工技术有关论文范文参考
石常生+李贺朋+董文鲁
摘 要：以京沪高速济南连接线超大断面公路隧道工程为依托，对Ⅳ级围岩条件下采用的半步“CD”法隧道施工变形规律进行研究，对结构变形提出针对性控制措施。结果表明：半步“CD”法施工，拱顶沉降及收敛监测值较“CD”法开挖小，在保证施工安全及进度的前提下，大大缩短了施工周期及支护成环时间，对相似超大断面隧道施工提供了借鉴。
关键词：隧道工程；超大断面隧道；半步“CD”法；数值模拟；监控量测
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.101
1 前言
周丁恒[1]等对洞口边坡及不同围岩情况下的隧道变形规律、控制大变形的工程措施进行了分析，并提出控制大变形的工程措施。袁勇和王胜辉[2]采用FLAC 数值模拟平台分析了其在超大断面低扁平率公路隧道稳定性方面的效果。肖同强等[3]利用现场观测、数值模拟等方法分析超大断面硐室变形及破坏机理，提出了分区耦合支护围岩稳定控制原理。本文以京沪高速济南连接线港沟隧道为工程依托，采用FLAC有限元分析与现场监测的方法，对半步“CD”法开挖技术进行研究，揭示超大断面隧道IV级围岩开挖变形机理，同时对隧道的设计、支护施做时机的选取和施工过程中的工法选择等提供相应指导。
2 工程概况
港沟隧道位于济南市历城区太平庄村东北侧，进口位于港沟村西南侧，出口位于济南民兵训练中心南侧。本区位于鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上的中部丘陵地区，海拔100～900米，隧址区地势起伏，海拔240～400米，切割深度100～200米，地形坡度20～50°。
（1）工程地质水文状况。据踏勘、钻探揭露，与隧道工程有关的地层主要为第四系上更新统洪积层（Q3pl）、奥陶系马家沟组（O2nl）、奥陶系冶里-亮甲山组（O1y+l）、寒武系凤山组（∈3f）。隧道区出露地层为奥陶系灰岩、白云质灰岩及生物碎屑灰岩，局部沟谷地段上覆上更新统粉质黏土及碎石。
隧址区出露的岩性为奥陶系寒武系灰岩、白云质灰岩，受区域地质构造活动影响，隧址区局部节理密集带或构造断裂带发育。
（2）隧道半步“CD”法施工方案。针对隧道Ⅳ级围岩开挖段，试采用改进“CD”法—半步“CD”法进行施工。施工时，第一步开挖先行导坑上台阶1，随后进行Ⅰ、Ⅱ上部初期支护；其次开挖后行导坑上台阶2，施作初期支护Ⅲ上部；开挖后行导坑下台阶3，初期支护Ⅰ下部；开挖后行导坑下台阶4，初期支护Ⅲ下部；最后拆除中隔壁临时支护，开挖下台阶核心土5，进行初期支护Ⅲ下部及仰拱封闭；最后位移变化速率达到要求，进行仰拱模筑Ⅳ、拱墙模筑Ⅴ。
设计支护参数为：拱部采用Φ42×4mm超前注浆小导管，长4.5m，环向间距40cm；采用3m长Φ22砂浆锚杆锁脚；钢筋网采用Φ8@20 cm×20 cm钢筋网片，钢拱架为I18型型钢，纵向间距80cm，喷射C25混凝土厚20cm。
3 监控量测结果
通过对两种施工工法进行现场监测，拱顶沉降、净空收敛监测结果得出隧道开挖后一周左右为变形剧烈变化阶段，随着掌子面开挖，后方围岩变形逐渐稳定。隧道半步“CD”法开挖，采用设计支护方案，其拱顶沉降、净空收敛监测值均比“CD”法开挖小，其累计变化量均小于10mm。
4 数值模拟
（1）模型的建立。结合工程现场情况，采用有限元分析软件ANSYS建立数值模拟模型，利用专有软件接口将模型导入FLAC3D软件进行计算、进行数值模拟分析。模型如图1所示。
（2） 数值模拟结果分析。隧道在开挖之后变形以竖向沉降为主，拱顶附近变形最大，净空收敛较拱顶沉降小，主要出现在两侧拱腰位置。通过现场实测数据与数值模拟结果对比可以得到，两者比较接近，但是数值模拟结果均比实测值大。分析其原因可能是数值分析所用的岩土参数是根据勘察资料以及结合前人的研究成果得到的，与现场实际情况可能有差别。另一方面数值模拟采用的支护方式较实际施工简单，未考虑锚杆、钢拱架等支护作用，支护效果较实际施工差。
5 结论
对Ⅳ级围岩半步“CD”法施工围岩变形规律进行分析。研究结果表明：
（1）通过数值模拟与实际施工相比较，隧道开挖后，按照设计参数进行初期支护的方法，可以较好的控制围岩大变形，在实际应用中得到验证。
（2）针对隧道Ⅳ级围岩开挖段，试采用改进“CD”法—半步“CD”法进行施工。通过现场监测，半步“CD”法施工拱顶沉降及收敛监测值较“CD”法开挖较小，证实采用半步“CD”法开挖对周边围岩二次扰动较小，在保證安全、质量的前提下，加快了初期支护封闭成环的速度，为周边围岩的快速稳定和初期支护尽快形成支撑环起到了积极的作用，同时为下一步施工的安全提供了有力的保障。对相似隧道工程半步“CD”法施工提供了借鉴。
参考文献：
[1]周丁恒，曹力桥，曲海锋等.不同围岩情况下特大断面公路隧道施工变形监测与控制[J].岩石力学与工程学报，2009，28（12）：2510-2519.
[2]袁勇，王胜辉.超大断面低扁平率公路隧洞先成预应力结构新型支护体系数值模拟[J].岩土力学，2008.
[3]肖同强，李化敏，杨建立等.超大断面硐室围岩变形破坏机理及控制[J].煤炭学报，2014.endprint
