大断面隧道穿越破裂段施工技术研究

大断面隧道穿越破裂段施工技术研究

席波

贵阳金阳建设投资（集团）有限公司550081

摘要：伴随着我国交通量的不断增长，我国出现了一批大断面隧道，其开挖的断面面积通常在100m2以上。大断面隧道穿越接触带段施工过程中多发围岩失稳与支护开裂、大变形现象。以大断面隧道穿越破裂段为背景，采用数值模拟手段，分析隧道跨度和隧道与接触带竖向距离变化对隧道稳定性的影响，结果表明:随着隧道跨度增大，隧道围岩塑性区与接触带塑性区越易发生联通，支护结构安全性会突然降低;接触带影响段可根据隧道稳定性变化程度划分为次要影响段和主要影响段，主要影响段的隧道设计、施工方案应开展专项研究工作。

关键词：破裂段；技术；监控量测；

引言

隧道地下工程施工方法包括明挖法、盖挖法、地下连续墙法、盾构法、浅埋暗挖法和矿山法、掘进机法以及沉管法等。作为大断面隧道穿越破裂段，如果施工维护不当就会对隧道施工会产生不利影响，大断面隧道在穿越施工过程将面临极高的风险。

1工程概况

贵阳市某市政道路隧道工程（K4+122~K4+732），线路全长610m，行车速40km/h，为双向8车道城市主干道隧道。左起ZK4+122~ZK4+732，长610m。右起YK4+175~YK4+776，长601m。净宽为18.75m，净高5m。施工现场隧道双侧壁如图1所示

图1隧道双侧壁施工图

2坍塌成因分析

（1）隧道穿越围岩断层及其破碎带，存在少量裂隙水，一经爆破开挖，潜在应力释放，承压快，围岩失稳而坍塌；

（2）坍塌处于YK4+320—YK4+340地质变化过渡段落（泥岩和砂岩），地质纹理突变，山体内存在泥岩夹层，加之近期降雨频繁，夹层中含水量增加，粘结力降低，受隧道爆破施工振动影响，造成地面地表沉陷。

3施工技术方案

3.1如图2所示。钢管环向间距为20cm。搭接长度不小于1m。外插角20°~25°，如图3所示

3.2隧道跨度

为研究大跨度大断面与标准断面隧道在穿越不整合接触带段施工时的稳定性的差异，本节采用数值方法分析隧道跨度对隧道稳定性的影响。

（1）采用有限元差分软件建立平面应变模型，选取隧道跨度12、13、14、15、16、17、18、19、20、21m共10组计算方案，隧道高度最高12.8m。隧道外轮廓线与模型两侧边界距离为60m，与底部边界距离为40m，埋深取80m，隧道拱顶与接触带间距9m。围岩采用M—C模型模拟，初期支护采用弹性模型模拟。根据马林隧道工程地质勘察报告及公路隧道设计规范相关建议参数，数值模型材料的物理力学参数取值见表1。模型上边界为自由面，其他边界约束法相位移。计算模型如图4所示.

图4计算模型

（2）隧道稳定状态以隧道初期支护后的围岩－支护结构体系稳定状态作为判断基准，施工模拟计算采用一次性开挖方式，不考虑分步施工的作用，支护结构施作前围岩承担20%的释放荷载，初期支护结构承担30%的释放荷载。

（3）初步设计隧道穿越接触带段采用双侧壁导坑法，施工方案为:按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ顺序分部开挖，每部开挖后施作相应的初期支护及临时支护①、②、③、④、⑤、⑥，全断面开挖完成后及时施作仰拱⑦，然后进行仰拱回填⑧和施作二次衬砌⑨，如图7所示。掌子面每循环开挖进尺为2m，各导洞掌子面间距为8m。数值计算仅模拟开挖至初期支护步骤，不考虑仰拱和二次衬砌的施作过程。

计算模型及参数

（4）本节分析自变量为隧道与接触带的竖向距离，为减小其他控制变量对分析结果的影响，模型中隧道与接触带走向取相互垂直，倾向夹角24°。数值模型尺寸范围为180m×86m×131m，隧道埋深80m，开挖模拟采用双侧壁导洞法开挖。模型上边界为自由面，其他边界约束法相位移。岩体采用摩尔库伦模型，初期支护及临时支护采用弹性模型。

3.3二衬施工

采用2步开挖，工字钢榀间距30cm，增加锁脚导管，增加超前导管间距，纵向间距控制在60cm。施工此段落必须保持对洞内及洞外的观测，防止事故的发生。此段落范围内工字钢如遇变形，混凝土裂缝等，立即采取措施进行处理，当具备二衬拆除条件时，临时支撑拆除前，（YK4+317.5—YK4+330）沉降及收敛量满足拆除临时支撑条件时应监控隧道拱顶下沉情况。临时支撑拆除后立即进行二衬施工，如果此处渗水，增加相应Φ50软式透水管，施工钢筋骨架时，减小此段钢筋间距，环向Φ25主筋间距由设计20cm变为15cm，其他钢筋相应布置，具体长度待施工完毕确认。3.4地表处理

地表沉陷位于两山山坳里，山路崎岖陡峭，考虑到材料及机械的运输问题结合地勘物探显示，隧道右线YK4+310-YK4+340段30m范围内，左线ZK4+300宽约20m范围内，无空洞存在。采取如下方式处理地表沉陷：

4围岩与支护变形的监控分析

隧道稳定状态以隧道初期支护后的围岩－支护结构体系稳定状态作为判断基准，施工模拟计算采用一次性开挖方式，不考虑分步施工的作用，支护结构施作前围岩承担20%的释放荷载，初期支护结构承担30%的释放荷载。本次监控量测由于受现场施工影响，拱顶监测为C、D、E点，周边收敛点为A、B点。测点布置如图5所示。

图6拱顶沉降曲线图

从图6可以看出，拱顶C、D、E点下沉量逐渐增大，并在7月8日拱顶沉降开始趋于平缓。其中，拱顶E点的沉降最大。

4.2周边收敛监测

图67周边收敛监测曲线

从图7可以看出，A、B两点的收敛变化趋势一样，随着时间的增加，收敛变化值逐渐增加，到7月8日开始趋于平缓。其中，A点处的小于B点处的收敛值。

结语语：

本文通过对大断面隧道穿越破裂段工程的介绍，隧道工程技术包括了设计技术、勘察技术、施工技术等，其中施工技术直接关系到施工质量与工程的安全性，是城市地铁隧道地下工程技术体系中的重要环节。隧道地下工程施工方法较多，应根据施工现场实际情况和要求，研究选用合适的施工技术，做好施工方案，并加强施工监测，保证施工安全。

参考文献：

[1]王雪琴，张春钢．超大断面隧道分部开挖施工技术[J]．铁道建筑，2009，（8）

[2]刘宇平，吴立，袁青．客运专线隧道洞口穿越古滑坡带施工技术[J]．铁道建筑，2014，（11）

[3]李嘉，唐雨春，徐松．大断面隧道建设的若干问题综述[J]．西部探矿工程，2008，（3）．

[4]申灵君．软弱地层大断面隧道施工方案优化与施工技术研究[D]．长沙：中南大学，2012：1-15．