公路隧道正臺階法施工錯距優化及二襯支護時機優化

周亞鴻，易秋娟

(湖南省湘筑工程有限公司)

公路隧道正臺階法施工錯距優化及二襯支護時機優化

周亞鴻，易秋娟

(湖南省湘筑工程有限公司)

隧道及地下空間工程給人們帶來方便，但是，隧道在施工和運營過程中也出現了一些問題，特別是在淺埋等較差的工程地質條件下，問題尤為突出。為了更好地掌握隧道淺埋段的動態變形，及時反饋指導現場施工，優化支護結構，對公路隧道正臺階法施工錯距優化及二襯支護時機優化進行分析。

隧道;數值模擬;二襯支護

1 工程概況

D隧道為雙向分離式4車道公路隧道，行車速度設計值為50 km/h。左洞起止里程:ZK4+514～ZK5+062，長8 m，起止點高程分別為776.27 m、769.57 m;右洞起止里程:YK4 +498～YK5+053，長555 m，起止點高程分別為775.99 m、767.67 m。隧道為直線單向縱坡隧道，隧道左洞的坡度設計值是－1.22%，隧道右洞的坡度設計是－1.5%。隧道左線埋深最大值約為86 m，右線埋深最大約為87 m。洞身有存在幾處埋深比較淺工段，最小埋深約為14 m。

2 上下臺階施工錯距優化

2.1 數值模擬結果

在只考慮隧道開挖初期上下臺階錯距對隧道穩定性造成的即時影響的情況下，文章選取12種不同的上下臺階施工錯距，并應用FLAC3D對這12種工況模擬分析。通過研究，確定隧道圍巖沉降與上、下臺階之間不同施工間距的關系。隧道拱頂沉降曲線，如圖1所示。地表的最大沉降曲線，如圖2所示。同樣釆取12種不同的開挖錯距施工時，隧道上臺階與下臺階之間不同施工間距對隧道圍巖沉降的影響情況，見表1。

圖1 拱頂沉降曲線

圖2 隨道地表沉降曲線

表1 不同錯距隨道變形值

2.2 數值模擬結果分析

根據圖1、圖2、表1可以得出以下結論。

(1)不同的上臺階與下臺階施工錯距可能會導致不同的隧道變形量;隨著上臺階與下臺階之間施工錯距的增大，隧道圍巖位移受影響程度變小，最后基本上不再發生變化。

(2)隨上下臺階施工錯距的增加，拱頂沉降量隨時間累積而增大，而變形速率逐漸減小;上、下臺階施工錯開距離從2 m增加到9 m的時候，即上下臺階錯距增加了7 m的時候，隧道拱頂沉降最大數值從2 m時的35.42 mm減小到9 m時的30.16 mm，減小了5.26 mm(見表1);而施工錯升距離從9 m增加到13 m時，即錯距增加了4 m時，拱頂最大沉降量由9 m時的30.16 mm減小到13 m時的29.71 mm，洞頂沉降僅僅減小了0.45 mm;說明當上、下臺階施工錯開距離大于9 m時，盡管上、下臺階錯距增大，隧道拱頂沉降幾乎不再發生變化。

(3)分析隧道地表沉降曲線，圖2得出，地表沉降速率和影響程度伴隨著隧道上臺階與下臺階掌子面施工錯距的變大而漸漸變小。上臺階與下臺階掌子面施工錯距大于10 m時，地表沉降基本上不再發生變化;掌子面錯距從2 m增大到l0 m時，地表的沉降值增大了3.69 mm;而掌子面錯距從10 m增大到13 m時，隧道頂部地表的沉降值增大了0.16 mm。這表明，施工錯距大于10 m后地表沉降值只會發生很小的變化。

(4)掌子面錯距大于10 m后，不能依靠擴大上下臺階掌子面的間距控制隧道拱頂以及隧道上方地表的沉降，追根究底，考慮到空間效應的情況下，上臺階與下臺階之間掌子面錯開間距很大時，上臺階幵挖對下臺階幵挖產生的疊加效應非常小，上、下臺階開挖時相互之間產生的影響變小，控制圍巖沉降變形已經幾乎不再受到上臺階與下臺階之間的錯距的影響。

(5)上臺階與下臺階之間的施工錯距合理范圍建議取值10～12 m。

3 二襯支護時機優化

3.1 變形速率準則

變形速率準則:根據《公路隧道施工技術規范》(GTGF60－2009)規定，當拱頂下沉〈0.07～0.15 mm/d，隧道適合施作二襯支護。隧道初期支護后，隧道巖土體的形變量隨時間而逐漸變大，經過一定的時間，當時間為tl時刻，隧道變形量趨于某一定值yl;此后，隨時間推移，變形速率減小，直至變形速率趨于零，拱頂的變形速率基本穩定在0.07～0.15 mm/d范圍內，根據變形速率準則可以確定tl時刻為二次襯棚支護時機。以YK4+532為例，根據變形速率準則，并結合 D隧道現場監測數據，拱頂下沉速率〈0.07～0.15 mm/d時，該隨道斷面二襯支護時機為25 d，距掌子面63 m。基于變形速率準則，ZK4+586、YK4+532、YK5+ 012、ZK5+034斷面分別在27 d、25 d、22 d、21 d后適合施作二襯支護，故隧道二襯支護時機為21～27 d。

3.2 極限位移準則

極限位移準則:根據《錨桿噴射混凝土支護技術規范》(GB 50086－2009)規定，已產生的各項位移達到0.8～0.9倍的各項預計位移總量值(根據現場監測情況綜合分析，取0.8倍的極限位移時施作二次襯挪)時，隧道適合施作二襯支護。文章根據隧道實測拱頂沉降數值，通過MATLAB軟件對變形測試數據進行統計、回歸分析后，采用指數函數y =Ae－B/x對拱頂沉降曲線進行擬合分析，求得位移回歸方程。對D隧道ZK4+586、YK4+532、YK5+012、ZK5+ 034斷面拱頂位移監測斷面利用MATLAB軟件進行回歸分析。以ZK4+586為例，MATLAB分析拱頂沉降的極限位移公式:y=93.02e(－5.18/x)，當X趨向無窮時，極限位移值為93.02 mm，其中擬合相關系數R=0.91，該斷面二襯支護時機為隧道幵挖后第23 d，距掌子面58 m，具體見表2。

表2 隧道支護時機表

根據隧道極限位移準則，ZK4+586、YK4+532;YK5+012、ZK5+034斷面分別在23 d、21 d、26 d、19 d后滿足二襯支護條件，故二襯支護時機為19～26 d，距掌子面距離47～66 m。

4 結論

(1)不同的上臺階與下臺階施工錯距會引起不同的隧道位移，隨著上臺階與下臺階之間施工錯距的增大，隧道圍巖位移受影響程度變小。

(2)采用正臺階法的目的在于能在較短時間內形成支護整體，上臺階與下臺階之間的施工錯距合理范圍建議取值10～12 m。

(3)通過研究隧道在短時間內的不同施工錯距對隧道進行了分析，事實上隧道開挖后，為了有效地利用巖土體的自穩性能，應及時形成初期支護體系。

(4)基于變形速率準則，建議二次襯砌最佳支護時機取初期支護后21～27 d;基于極限位移準則，建議二次襯砌最佳支護時機取初期支護后19～26 d。

［1］ 陳秋南，包太.隧道工程［M］.北京:機械工業出版社，2007:7－32.

［2］ 何暉，趙敏，李寶平.土木工程測試技術［M］.西安:西安工業大學出版社，2006.

U445

C

1008－3383(2015)10－0089－02

2015－01－05

周亞鴻(1978－)，女，湖南望城人，工程師。