洛帶古鎮隧道下穿磚廠道路段施工技術研究

吳 勇

（中國水電建設集團第十五工程局有限公司，陜西西安 710065）

洛帶古鎮隧道下穿磚廠道路段施工技術研究

吳 勇

（中國水電建設集團第十五工程局有限公司，陜西西安 710065）

下穿道路隧道在生活及施工中非常普遍，如何確保在隧道施工過程中的安全顯得尤為重要，本文以洛帶古鎮隧道下穿磚廠道路段施工技術為研究對象，通過分析隧道下穿該路段時是否安全，采用了FLAC3D數值軟件對下穿施工進行了模擬計算，對類似工程具有借鑒作用。

下穿道路；淮洛路；隧道；FLAC3D

1 工程概況

四川成洛項目洛帶古鎮隧道進口洞頂覆蓋層斜上方有一磚廠，磚廠運輸車輛需通過洞頂道路出入，該段道路距隧道洞口水平距離15 m，垂距6.5 m，覆蓋層為崩坡積粉質粘土層，此段隧道圍巖級別設計為B5q2型襯砌。由于磚廠運輸車輛荷載較重，且此段隧道埋深較淺，因此隧道在穿越此段道路施工時存在安全風險。為了分析隧道下穿該路段時是否安全，我們采用了FLAC3D數值軟件對隧道下穿此段道路施工時取最不利工況進行驗算。

2 模型建立

（1）模型尺寸：本次洛帶古鎮隧道開挖數值模擬計算區域為橫向80 m，縱向24 m，隧道開挖方向取30 m。

（2）隧道斷面：根據洛帶古鎮隧道支護示意圖以及洛帶古鎮隧道中隔壁開挖示意圖，隧道實際開挖面積100.23 m2，以半徑為5.75 m的圓形斷面代替隧道開挖斷面，其開挖面積為103.8 m2可以滿足要求。

（3）支護本構模型選擇：在Flac3D軟件中提供了三維和二維的隧道襯砌結構單元，其結構單元的力學特性可以分為襯砌材料本身對結構的響應和襯砌與Flac3D網格的相互作用，襯砌是可抵抗表面荷載和彎曲荷載的殼體單元。

本次隧道模擬計算過程中，隧道初期支護為24 cm的混凝土，因此選用各向同性的彈性模型。在該本構模型中，應力應變關系滿足胡克定律。

（4）模型邊界條件：根據計算要求模型取兩側為限制水平方向位移的滑動支座，可垂直移動；底部為限制垂直方向位移的滑動支座，底邊與側邊的兩個角點處為限制水平方向與垂直方向位移的固定支座；

隧道上方公路約為4 m寬，過車整體重量取為100 t，本次數值計算做如下假定：車長6 m，將整車重量均布于4 m×6 m的公路路基，則按照重量計算的均布荷載為0.42 MPa。該均布荷載作用于隧道正上方，作用于計算模型上表面，區域范圍為X（-2～2），Y（12～18）。

依據設計圖紙中的地質資料以及襯砌的相關參數選取了洛帶古鎮隧道模型力學參數如表1。

表1　洛帶古鎮隧道模型力學參數

為使計算偏安全，本次數值計算采用了較為危險的開挖方式，即隧道采用全斷面開挖方式，每循環開挖2 m，開挖完畢立即進行初期支護。建立的數值模型如圖1，模型分為15步開挖。

圖1　模型網格剖分圖

3 模擬過程與結果分析

模型建立好之后，即可進行設定本構模型和材料特性、設置應力條件和邊界條件等操作，最終進行求解。在求解過程中，隧道開挖之前先求解一次，使模型在原巖應力狀態下達到平衡。隧道每開挖2 m完成后求解一次，求解完成后再進行下一步開挖。隧道開挖過程中計算結果列表見表2。

表2　模擬開挖結果列表

根據隧道開挖過程中豎向應力云圖2，隧道開挖過程中豎向位移云圖3以及開挖過程中結果列表1，5可以得出以下結論：

（1）隧道開挖至車輛荷載作用的地段（即開挖至12 m處），地表位移有較大的上升，且開挖至該段時地表位移均發生在均布荷載作用范圍內，可見該路段重車行駛對隧道開挖有較大的影響。

（2）由于隧道在粉質粘土中進行施工，圍巖條件較差，且距地表距離較小，因此計算得出的地表下沉量較大達到7.9 cm，施工過程中應當加強支護措施，并同時加強位移監測工作。

4 施工中的安全措施

根據計算結果，為了進一步確保施工安全，我們在施工過程中，采取以下安全措施：

（1）設置臨時鋼便橋，分散車輛荷載，減少局部應力。

在隧道穿越洞頂覆蓋層上方道路處設置長20 m、寬5 m由厚20 mm的鋼面板、鋼墊板及Ⅰ56a型鋼承重架和Ⅰ20a型縱梁組成的臨時鋼便橋，用以分散洞頂上方磚廠道路通行車輛的荷載，減小局部應力，同時為防止車輛在通過鋼便橋時打滑發生事故，在鋼便橋上沿縱向間距設置Ⅱ級防滑鋼筋。

（2）采用交叉中隔壁法非鉆爆開挖，嚴禁鉆爆施工。

我們在此段隧道施工時采用交叉中隔壁法施工，由人工配合挖掘機進行非爆破開挖，施工中遵循“管超前、嚴注漿、弱爆破、短進尺、緊支護、早封閉、勤量測”的原則。洞身開挖在超前地質預報的指導下進行，在洞身開挖施工時，左右兩洞一前一后錯開進行開挖施工，要求在先行洞初期支護施做完成后并達到設計強度后，才能進行相鄰位置后行洞的開挖，并且每循環進尺上臺階控制在不大于0. 5 m（1榀鋼架），下臺階不大于1.0 m（2榀鋼架）；每循環在開挖完成后隨即網噴錨配合鋼架進行支護，同時對后續將要開挖的巖面進行噴錨和鋼拱架臨時支護，盡可能在最短時間內使初支鋼架封閉成環，形成封閉完整的受力體系；當初支和圍巖變形基本穩定后，盡快施做小邊墻、仰拱填充及二次襯砌。在洞身開挖施工時，要充分利用圍巖的自承能力，嚴格控制圍巖的早期變形，保持圍巖穩定，施工時按要求預留預留變形和及時進行監控量測；要求圍巖封閉位置距離掌子面的距離不大于25 m，二襯砌距離掌子面不大于50 m；交叉中隔壁臨時支護在澆筑仰拱前逐段拆除，一次拆除長度需要根據監控量測的結果確定，但不能大于15 m，臨時支護在拆除完畢后要及時施做仰拱和二次襯砌，特殊情況下可先施做仰拱和仰拱填充，再拆除中隔壁，最后再施做拱墻襯砌；仰拱施作必須鋪設棧橋全幅分段施工。

（3）輔助工程施工及隧道襯砌施工

在磚廠道路周邊洞頂地表覆蓋層周圍采用Ф76×5 mm鋼花管和Ф76PVC管進行對洞頂覆土進行地表注漿加固，注漿花管注漿間距為1.5 m× 1.5 m，呈梅花狀布置，注漿完成后采用物探及鉆孔取芯手段對注漿效果進行檢驗和評定。

在此段洞身開挖輔助工程采用單根長9 m的Ф89×6 mm中管棚進行超前預支護，中管棚在洞身襯砌中線兩側60°范圍布設，環向間距30 cm，排距6.5 m，每環46根，注漿材料采用0.6∶1～0.8∶1的純水泥漿。

洞身襯砌按照B5q2型襯砌施工，采用網噴錨配合鋼架進行初期支護，網片筋采用間距為20 cm ×20 cm的Ф8雙層網片筋，噴射混凝土采用26 cm厚的C25噴射混凝土，型鋼鋼架采用全環的HW175型鋼鋼架，預留變形量為40 cm，為防止隧道拱頂或初支鋼架整體產生過大沉降變形，在上臺階襯砌每榀鋼架拱腳沿縱向拉通設置1.2 m寬的鋼墊板及斜撐型鋼，同時于上臺階開挖底面以上1 m處設置由4根5 m長的Ф89鎖腳錨管及1根I20槽鋼組成聯合鎖腳系統；二襯混凝土在拱圈采用60 cm厚的C30氣密性鋼筋混凝土，仰拱采用氣密性耐腐蝕鋼筋混凝土。

（4）進行監控量測

在洞身開挖和支護完成以后要及時進行洞內監控量測和地表觀測，洞內監控量測拱頂下沉和周邊收斂位移采用的量測斷面每5 m一個，地表沉降觀測的斷面每10 m一個。

5 應用及推廣

通過對洛帶古鎮隧道下穿磚廠道路段施工前采取模擬計算分析，施工中采取設置臨時鋼便橋、增加地表注漿、采用非爆破交叉中隔壁法開挖、增加超前連環中管棚和初支鋼架封閉成環并設立聯合鎖腳系統等一系列措施的施工實例，保證了隧道下穿磚廠道路段的施工安全，可為后續類似工程提供借鑒作用。

［1］ 公路隧道設計規范（JTG D70-2004）［S］.2004.

［2］ 公路隧道施工技術規范（JTG F60-2009）［S］.2009.

［3］ 四川省高速公路施工標準化技術指南（隧道工程），2012.

U455.4

C

1008-3383（2016）09-0145-02

2016-02-11