淺埋偏壓隧道洞口施工技術(shù)研究

李文龍

（中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136）

淺埋偏壓隧道洞口施工技術(shù)研究

李文龍

（中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136）

文章從隧道開挖和支護的安全性角度出發(fā)，論述了淺埋偏壓隧道洞口設(shè)計與施工措施，并采用了三維快速拉格朗日差分法（FLAC3D）對在施工過程中的支護數(shù)據(jù)進行模擬，通過對開挖支護后圍巖的應力場、位移場以及塑性區(qū)特征的分析針對性提出一些建設(shè)性建議，以期對施工有所幫助。

淺埋偏壓；隧道洞口；施工技術(shù)；穩(wěn)定性

當前我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正處于高速發(fā)展階段，在道路建設(shè)的過程中，隧道建設(shè)規(guī)模同比遠遠大于道路建設(shè)規(guī)模，體現(xiàn)了我國交通正在由城市逐漸的延伸到山區(qū)，為經(jīng)濟發(fā)展注入了新的活力。然而，盡管說經(jīng)過多年的實踐和理論研究我國隧道施工技術(shù)已經(jīng)趨于完善，但是對于淺埋偏壓隧道洞口施工至今仍缺乏一個完整、可行的施工技術(shù)方案，很多情況下施工單位都是以其它施工技術(shù)為參照摸索施工，對施工進程造成了很大影響。基于此，筆者以自身的實踐工作經(jīng)驗為基礎(chǔ)結(jié)合相關(guān)的理論研究，對其施工進行了研究。

1 設(shè)計與施工

1.1 超前長管棚

在進行地下結(jié)構(gòu)工程施工的過程中技術(shù)人員通常會采用超前長管棚這一支護技術(shù)。從理論上將，超前長管棚實際上就是在施工之前就在將要施工的地下結(jié)構(gòu)襯砌拱圈隱埋弧線上通過設(shè)置慣性力矩加大的厚壁鋼管的形式來達到預先支護的目的，從而確保了在施工的過程中由于洞頂覆蓋較薄等因素導致的巖石坍塌或者地表下沉等現(xiàn)象的出現(xiàn)，此外采用超前長管棚這一施工設(shè)備和技術(shù)的可以確保施工過程中遇到松軟地層的時候超前長管棚也能夠結(jié)合圍巖預注漿成為一種新的行之有效的施工方法，可以說具有很強的靈活操作性。同其它施工技術(shù)相比，超前長管棚的最大優(yōu)勢在于不需要大型的施工設(shè)備就能夠應用，效果明顯，因此可謂是解決淺埋偏壓隧道洞口施工問題的一種有效措施。在實際的操作中，超前長管棚的施工標準一般為鋼管長度大致在20M左右，在隧道洞口的拱部 120°C的范圍內(nèi)進行鋪設(shè)，在施工的過程中遇到松軟地層需要注漿的時候要保證水泥漿的水灰之比在1:0.8左右，注漿的壓力保證在2MPa左右，當然由于地質(zhì)環(huán)境和地理環(huán)境的不同，其施工所遇到的問題也是有著較大的差別的，因此需要因時、因地制宜，以標準為參照，結(jié)合具體的施工狀況來選擇合適的鋼管和注漿技術(shù)，確保淺埋偏壓隧道洞口施工的順利完成。

1.2 施工支護

無論是超前長管棚還是超前小導管都側(cè)重于在施工之前來加強淺埋偏壓隧道洞口的圍巖性能的方式確保施工的順利完成，但是在施工的過程中隧道的圍巖并不是一直穩(wěn)定不變的，其性能會隨著工程的進展出現(xiàn)新的變化，例如隧道洞口的仰坡會隨著施工逐漸的出現(xiàn)多處不連續(xù)、不規(guī)則的噴錨裂紋，隧道洞口的拱部出現(xiàn)裂紋等，這些都會對施工造成嚴重的影響，因此需要采取增強措施來加強支護。對此筆者認為可以從以下幾個方面著手：首先是在隧道洞口回填土石的一側(cè)繼續(xù)采用回填土石的方式來平衡隧道洞口的偏壓力，也可以采取砌筑擋墻的方式來平衡偏壓力，值得注意的是擋墻的厚度要在2M以上，擋墻的高度最少要和隧道洞口拱部持平，如此方能夠確保平衡偏壓力目標的實現(xiàn)；其次是在隧道洞口的拱腰位置采用打設(shè)小導管的方式來固結(jié)圍巖，采用6M左右的鋼管垂直打入圍巖中，然后注入水泥、水玻璃雙液漿，從而提高圍巖的性能；最后是隧道洞口的下半斷面落底后要即時的在隧道洞口拱腳位置設(shè)置水平橫撐，兩端與工字鋼焊接，進一步形成共同支護環(huán)，提高支護效果。如此一來淺埋偏壓隧道洞口施工中拱頂?shù)南鲁亮繉饾u的減小并趨于穩(wěn)定，基本上不會產(chǎn)生新的裂縫。

2 淺埋偏壓隧道洞口穩(wěn)定性分析

2.1 FLAC3D數(shù)值的計算

FLAC3D數(shù)值計算首先要做的就是確定淺埋偏壓隧道洞口地段的巖體物理力學參數(shù)，對于這一點筆者認為可以通過確定巖層的組成部分結(jié)合相關(guān)的巖體力學參數(shù)表就可以正確的確定施工區(qū)域的巖體物理力學參數(shù)；其次是要確定初始地應力場，一般而言初始地應力場都是在施工區(qū)域的垂直方法按自重考慮，水平地應力側(cè)壓力系數(shù)取0.8即可；然后是截取淺埋偏壓隧道洞口的Yk74+082.5剖面進行三維計算，在構(gòu)建三維計算模型之時一般將水平方向視為X軸，隧道洞口的豎直方向視為Y軸，隧道開挖方向視為Z軸，其中X軸的取值在—60M到60M之間，Y軸的取值則在—60M到0M之間，Z軸的取值均為2M，最后采用臺階法進行Yk74+082.5剖面的挖掘，根據(jù)挖掘進行FLAC3D數(shù)值的計算。

2.2 位移場分析

采用臺階法進行開挖之后，由于應力的釋放，淺埋偏壓隧道洞口的圍巖會出現(xiàn)一定的位移現(xiàn)象，此時就可以根據(jù)FLAC3D數(shù)值的計算結(jié)果對其位移場進行分析，從而確定其穩(wěn)定性。例如在圍巖位移表現(xiàn)為底板以豎向位移為主，拱部以水平位移為主，拱部位移幅度大于豎向位移幅度時，就可以直接的判定拱部的偏壓值過大導致了該現(xiàn)象的出現(xiàn)，然后根據(jù)Yk74+082.5剖面FLAC3D數(shù)值計算結(jié)果來對處在淺埋偏壓地段且圍巖性能較弱的洞口及時的采取有效措施，使其盡早的形成封閉受力環(huán)，從而增強隧道洞口圍巖的整體穩(wěn)定性。

2.3 應力場分析

在隧道開挖之前，巖體的應力場處于一種平衡狀態(tài)，一旦開挖隧道，這個平衡狀態(tài)就會被打破，圍巖各代表性路徑上切向應力會顯著的增加，并且越靠近開挖面增加的幅度也就越大，而徑向應力則會顯著的減小，同樣越靠近開挖面減小的幅度越大。如此可以根據(jù)Yk74+082.5剖面開挖之后FLAC3D數(shù)值來確定開挖面的應力差，從而確定支護措施。例如隨著開挖面應力場的顯著增大，圍巖在開挖出的雙軸受力將會轉(zhuǎn)變?yōu)閱屋S受力，而圍巖的單軸受力強度要明顯的低于雙軸受力強度，這種情況下淺埋偏壓隧道洞口圍巖的性能處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，而在采取襯砌技術(shù)之后，圍巖的徑向應力會有所加大，切向應力也會有所減少，從而有效的減小了開挖面的應力差，使得開挖面繼續(xù)維持雙軸受力不變，確保了淺埋偏壓隧道洞口圍巖的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

在不良地質(zhì)條件下進行隧道施工，安全進洞是關(guān)鍵，因此在施工的過程中嚴格按照設(shè)計圖紙進行施工的同時，當遇到隧道圍巖發(fā)生變形的現(xiàn)象時應當采取適當?shù)拇胧﹣砑庸虈鷰r的性能，確保施工安全。以筆者的實踐經(jīng)驗來看，淺埋偏壓隧道洞口的施工應當加強監(jiān)控量測，及時的分析地表、圍巖以及初期支護的變形情況，嚴格的遵循“短進尺、強支護、勤觀測”的原則來制定施工對策，做好施工初期的支護工作和地表防排水措施，確保淺埋偏壓隧道洞口工程的順利進行。

[1]王書剛,李術(shù)才,王剛,王向剛,林春金.淺埋偏壓隧道洞口施工技術(shù)及穩(wěn)定性分析研究[J].巖土力學.2006.10

[2]劉小軍,張永興.淺埋偏壓隧道洞口段合理開挖工序及受力特征分析[J].巖石力學與工程學報.2011.S1

[3]張維.淺埋偏壓軟巖隧道洞口段失穩(wěn)原因分析及其施工對策[J].公路交通科技(應用技術(shù)版).2012.04

Construction Technique of Shallow bias tunnel portal

LI Wen-long
(Railway 19th Bureau Group III Engineering Limited,Shenyang Liaoning 110136)

Articles from a security point of tunnel excavation and shoring,discusses the shallow,partial tunnel portal design and construction measures,and the use of three-dimensional fast Lagrangian method (FLAC3D)on the construction process of supporting data simulation,to make some constructive suggestions by the stress field,displacement field and plastic zone features rock excavation and support after the analysis targeted to help the construction.

Shallow bias; Tunnel Entrance; Construction Technology; Stability

：A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.062

1672–7304(2016)01–0133–02

（責任編輯：吳芳）

李文龍（1983-），男，遼寧遼陽人，研究方向：工程施工。