双侧壁导坑法在大跨度隧道施工中的应用

第３５卷第３５期　３２８·　２　０　０　９年１　２月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ删　Ｖ０１．３５　Ｎｏ．３５　Ｄｅｃ．２００９　文章编号：１００９—６８２５（２００９）３５．０３２８—０２　双侧壁导坑法在大跨度隧道施工中的应用　陆　洲　邱利祥摘盛素玲　要：结合某近距大跨度城市交通隧道（双洞八车道）建设，提出了双侧壁导坑法大跨度隧道施工方法。通过有限元数　值模拟，对隧道围岩位移和应力特征进行了研究，为隧道设计和施工提供了科学依据。　关键词：大跨度隧道，双侧壁导坑法，数值模拟　中图分类号：Ｕ４５５．４　文献标识码：Ａ　０引言　速度为踟ｋｍ／ｈ，设计最大纵坡为１．８％，限界净高Ｈ＝８　ｍ，净宽　ｍ（四车道）。　近距大跨公路隧道施工方法以新奥法实施的基本思想为原　Ｂ＝１７．２５　则，根据理论分析及大量工程实践，其常用的施工方法主要有双　２数值模拟及分析　侧壁导坑法、单侧壁导坑法、上下台阶与正向侧壁导坑组合法、上　２．１概化模型　下台阶与反向侧壁导坑组合法、上下台阶法、下导先行预留光爆　根据隧址区工程地质特征，建立有限元分析模型，隧道开挖　层法、全断面爆破法，根据大量工程实践，通常对Ⅳ类～Ⅵ类围岩　断面宽度Ｂ＝ｌ８　ｍ，埋深Ｈ：１１　ｍ。有限元网格采用二维四边形　选取前五种施工方法…１。结合某大跨度公路交通隧道建设，对近　等单元，屈服条件采用ＤＰ破坏准则。隧道两侧围岩体选用５倍　距大跨度隧道双侧壁导坑法动态施工过程进行了数值模拟研究。　洞径范围作为有限元分析范围，模型左、右边界水平方向位移约　为近距大跨度隧道设计和施工提供了科学依据。　束，围岩体顶部为自由端，底部边界（５倍洞高）竖直方向位移约　束。整个计算模型的区域为２２４．６５　ｍ×６５　ｍ，有限元网格划分共　产生３　６５２个单元和３　３１５个节点。根据工程地质勘察报告和有　１工程概况　１．１工程地质条件　隧址区属丘陵地貌，地形起伏大，基岩大多直接裸露。线路　沿北西向穿越低山丘陵区，自然斜坡稳定，地表植被较发育。隧　道轴线与构造线走向近于垂直，其地质构造不发育，主要为岩层　节理裂隙。地下水类型主要为基岩裂隙水，隧道区地下水补给主　关规范［引，选取的岩体物理力学参数如表１所示。　表１　岩土体物理力学参数计算值　岩土类别　天然重度ｙ　岩体抗剪强度标准值　弹性模量　泊松比　ｋＮ／ｎｌ３　内摩擦角　／（‘　凝聚力ｃ／ｋＰａ　微风化花岗岩　强风化花岗岩　黏性土　２６．１　２２　１６．８　５１　２０　２３．９　２　Ｏ００　１００　２４．６　３０　０ｏ０　１　００ｏ　１０　０．２　０．４５　０．３　要来源于大气降水及地下水侧向补给，洞内未见泉眼露头和明显　地下水活动迹象。　隧址区表层为第四系残坡积层，下伏基岩岩性主要为燕山晚　对于有锚固系统的岩体，一般认为锚固作用的主要机理是提　期侵入岩的花岗岩。随深度增加（＞３０　ｍ），岩体趋于完整，裂隙　高了围岩的整体性，从而改善了岩体的受力性能。研究表明，锚　　值都得到了提高。根据研究成果和实　发育程度变为较发育～不发育。隧道进、出口段为Ｖ类围岩，隧　固作用使岩体材料的ｃ，道洞身为Ⅳ类围岩。　际工程经验，数值计算中为了简化起见，可将锚固效应考虑成岩　体的内聚力ｃ值提高１０％～２０％来模拟。本次数值模拟分析考　１．２设计标准　　隧道所在道路等级为双向八车道城市快速主干道；设计行车　虑隧道二次衬砌的作用和隧道锚杆的锚固效应。收缩后的应力、应变、拱度等状态，监控单位按照设计单位提供的　施工控制程序如图１所示。　有关控制截面的应力、变形、桥墩位移、张拉束等控制值，分析、制　参考文献：　订本阶段的监控目标，并在施工实施后进行偏差分析。施工控制　［１］ＪＴＪ　０４１．２０００，公路桥涵施工技术规范［ｓ］．　的核心任务就是对各种误差进行分析、识别、调整，对结构未来状　［２］ＪＴＪ　Ｆ８０／１—２００４，公路工程质量检验评定标准［ｓ］．　态进行预测。　［３］李政伟．对某连续刚构桥加固工程施工监控方案的探讨［Ｊ］　山西建筑，２００８，３４（６）：３０６—３０７．　３．５施工控制程序　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ　ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ　Ⅵ　Ｔａｏ　ＤＩＮＧＨａｉ－ｍｉｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｏｎｔｃｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｉｇｄ　ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅ（ｉ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｇ　ｎｏｆ　ｏｎｃｓｔｕｃｒｔｉｏｎ　ｍｏｎｉ—　ｔｏｔｉｎｇ　ｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌａ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ．ｍａｉｎ　ｄｕｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｕｎｉｔｓ　ｏｆ　ｔａｋｉｎｇ　ｐａｒｔ　ｉｎ　ｂｕｉｌ￣ｎｇ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒｔｏ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｇａｎｎｄｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｉｇｉｄｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ　ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｃｏｎｔｒｏｌ　收稿日期：２００９—０７—３０　作者简介：陆洲（１９８１．），男，工程师，南京先行交通工程设计有限责任公司，江苏南京１０００００　２１００１８　邱利祥（１９７９．），男，工程师，中海工程建设总局，北京盛素玲（１９８１．），女，讲师，浙江工业大学浙西分校建筑工程系，浙江衢州３２４０００　ｌ　背　陆洲等：双侧壁导坑法在大跨度隧道施工中的应用　·３２９·　２．２模拟分析过程　顶一５．３０　ｍｍ；两洞墙脚水平位移最大，为１．６８　ｍｍ，隧道洞周水　双侧壁导坑法开挖次序如图１所示，隧道结构分析过程：　平相对收敛计算值、拱顶下沉计算值都比规范规定的允许洞周水　１）初始应力状态计算；　平相对收敛值和允许拱顶下沉值小。　２）开挖右洞左侧导坑上台阶和左侧上台阶初期支护；　图４，图５分别为隧道开挖后围岩最小、最大主应力计算结果　３）开挖左侧导坑下台阶和左侧下台阶初期支护；　等值线云图，从云图可知，最大主应力值没有超过岩石单轴抗压　４）开挖右侧导坑上台阶和右侧上台阶初期支护；　强度标准值。分析结果表明：隧道洞周最大主拉应力出现在两洞　５）开挖右侧导坑下台阶和右侧下台阶初期支护；　拱顶和仰拱，为０．０８６　ＭＰａ。两洞室周围都没有出现塑性区。　６）开挖中部上台阶上部分和拱部初期支护；　表３有关规范规定的隧道位移允许限值　７）开挖中部上台阶下部分；　初期支护的允许　初期支护的　８）开挖中部下台阶和仰拱初期支护；　规范名称　洞周水平相对　允许拱顶　备注　收敛值　下沉值　９）施作右洞二次衬砌；　１）覆盖层厚度小于５０　ｍ，　１０）开挖左洞（顺序同右洞）。　围岩为Ⅳ级围岩，软岩，位　ＪＴＧＤ７０—２００４　（０　１５％～　（０．１５％～　移允许限值可取大值。２）　公路隧道设计规范　０．５０％）Ｄ＝　０　５０％）Ｈ＝　计算时，隧道为毛洞，　（２７——９０）ｍｍ　（１６．５～５５）ｍｍ　Ｄ＝１８ｍ，Ｈ＝１１　ｍ。３）位　移计算值未考虑隧道初期　支护的作用　０７　０７　０７　０７　０７　０７　图ｌ　双侧壁导坑法开挖示意图　０７　０７　２．３数值模拟结果分析　两隧道修建后围岩附加竖向位移等值线云图和围岩附加水　平位移等值线云图分别如图２，图３所示。　图４　围岩最小主应力计算结果等值线云图　曼：￣曼－　里ｏ０ｏ０２３　６３０—●　：Ｗ‘　９６３　曩■■●望一：＿—■一　５猫＝ｏ　３～　圈一　口一　暑　１５　图２　围岩附加竖向位移等值线云图　图５　围岩最大主应力计算结果等值线云图　曼：．一＿瞳一一豳口睡－　３结语　勇：ｏ００—００一　　４：ｏｇ７５３—２５；　双洞八车道隧道双侧壁导坑法施工过程数值模拟分析表明，罾：阜詈档　Ⅲ　姗嘲讲　嘟　嗽Ｂ　　从围岩位移、洞周收敛位移数据方面看出，两隧道在本次施工方　２ｉ：　　０：３　器　崮嚣　。　法和支护参数条件下，施工过程中围岩是稳定的。因此对这一类　似地质条件的双洞八车道大跨度隧道采用双侧壁导坑法施工是　可行的，可靠的，为近距大跨公路隧道施工提供了可供比选的施　图３　围岩附加水平位移等值线云图　工方法。　隧道开挖有限元分析主要位移计算结果汇总如表２所示；表３　参考文献：　为有关规范规定的隧道位移允许限值。表２中最大水平位移为　［１］　原郭兵．隧道洞口两超小净距隧道的施工［Ｊ］．铁道设计标　负值是指方向远离建筑物。　准，２ｏ０３（３）：４．　表２隧道主要位移计算结果汇总ｎｎ　［２］侯春艳．板桃隧道洞口两超小净距隧道的施工［Ｊ］．铁道设　位置Ｉ隧道侧墙最大水平位移『洞周最大水平收敛值ｌ拱顶最大下沉值　计标准，２０００（６）：８．　左洞１　０　２３　ｌ　０．３０５　Ｉ　一５　２５　陈　宇，颜小虎．监控量测技术在大跨度小净距隧道中的应　右洞ｌ　一１　２６　ｆ　０．５６　Ｉ　一５　１　用［Ｊ］．山西建筑，２００８，３４（３４）：３１８—３１９．　ＪＴＪ　０２６—９０，公路隧道设计规范［Ｓ］．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｏｔｈ　ｓｉｄｅ　ｈｅａｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ　ｓｐａｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＬＵ　Ｚｈｏｕ　ＱＩＵ　Ｌｉ·ｘｉａｎｇ　ＳＨＥＮＧ　Ｓｕ－ｌｉｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｏｎｅ　ｃｌｏｓｅ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｌａｒｇｅ　ｓｐａｎ　ｃｉｔｙ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｂｏｔｈ　ｓｉｄｅ　ｈｅａｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｓｐａｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｏｎｓｔｒｕｃｔｌｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅ１　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｂｆｄｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ　ｐｍｖｉｄｅｓ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｕｎｎｅｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＫｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ　ｓｐａｎ　ｔｕｎｎｅｌ，ｂｏｔｈ　ｓｉｄｅ　ｈｅａｄｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ