２０１６年０４月第０４期 ＤＯｈ １０．１６７９９￣．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｉｈ．２０１６．０４．０４３ 城市道桥与防洪 管理施工１３７ 城市隧道施工过程结构分析研究 李文剑 （中山市住房和城乡建设局，广东中山５２８４００） 摘要：以实际隧道工程为研究背景，针对此工程中穿越浅埋地段复杂多变的地质情况：粉质黏土层与软弱破碎ｖ级围岩，采用 有限元软件进行结构分析，通过有限元数值模拟分析隧道台阶法动态施工过程。在此基础上，分别对留核心土台阶法的台阶高 度与初期喷锚网支护结构作为研究对象，对比不同的上台阶开挖高度、锚杆长度、网喷混凝土厚度情况下围岩的力学特征。根据 数值模拟结果及规律，提出该浅埋偏压软弱围岩段隧道的合理的设计支护参数及施工对策。研究结果直接指导该隧道施工过程 和支护措施的改进优化与设计控制措施，较好地解决工程实际问题。可为隧道后续设计和施工或类似穿越浅埋软弱围岩等复杂 地层条件下隧道施工过程及超前注浆孔的合理布置提供理论支持。 关键词：隧道工程；台阶法；数值模拟；施工对策 中图分类号：ＴＵ９９７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—７７１６（２Ｏｌ６）ｏ４—０１３７—０３ Ｏ引言 位于城市中的交通隧道，它在发挥缩短行车里 台阶开挖跨度的１／３ １１２。开挖后应立即施作初期 支护，在拱部初期支护完成后进行下道工序。 程、提高交通效益作用的同时，对于优化城市路网、 改善道路通行条件等方面将给城市建设带来更大 的社会效益。针对中山市某隧道工程建设，对城市 隧道的施工过程进行数值模拟分析，确定了合理 的隧道施工步骤和支护结构设计参数 “】。 注： １工程概况 以广东省中山市某隧道工程建设为工程背 景。隧道全长约４００ ｍ。其中洞身段穿越复杂越软 １．上台阶开挖高度不小于 上台阶开挖跨度的０．３倍， 般为３．０４．０ｍ。 ６－１ｆ ７６—３ ２．中、下台阶开挖高度为 隧道总开挖高度（不含仰拱） 减去上台阶开挖高度后平 均分配，一般为３．０￣３．０ｍ。 ３．上台阶核心土长度（隧道纵向）３．０￣５．０ｍ，高度 １．５￣２．５，宽度为上台阶开挖跨度的１１３４１１２。 一■ 弱破碎的山体表层粉质黏土，且该层土质不均匀 夹有卵、砾石，最小埋深仅为１８ ｍ。该破碎段隧道 围岩级别为Ｖ级，系泥盆系中统石英片岩，岩体较 破碎，节理裂隙发育，局部见有碎裂岩、断层角砾， 围岩整体稳定性差。为小净距浅埋偏压软弱围岩 隧道工程。为方便研究，取该段破碎软弱围岩段为 典型区段进行研究。 图１施工步骤示意图 第２步，左右两侧中台阶开挖：开挖时左右应 ２隧道施工工法 隧道采用台阶法施工。施工步骤见图１。第１ 步，导坑上台阶开挖。环向开挖导坑上台阶，预留 错开２ ３ ｍ，最大进尺１．５ ｍ，开挖高度为隧道总开 挖高度（不含仰拱）减去上台阶开挖高度后除以２。 开挖后立即施作初期支护。 第３步，下台阶左右两侧开挖：开挖时应错开， 最大１．５ ｍ，开挖后及时施作初期支护。 第４步，开挖预留的核心土：分别开挖上、中、 下台阶预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进 尺一致。 核心土。上台阶开挖高度不小于开挖跨度的０．３ 倍。开挖循环进尺不超过１．５ ｍ。上台阶核 ｂ－ｔ－＿长 度（隧道纵向）３—５ ｍ，高度为１．５—２．５ ｍ，宽度为上 收稿日期：２０１５—２８—２８ 作者简介：李文剑（１９８５一），男，广东中山人，工程师，从事桥梁 与隧道工程方面的研究工作。 第５步，隧道底部开挖：每循环开挖进尺与 上、中、下台阶一致，开挖后及时施作初期支护。 ３有限元分析 ３．１三维计算模型及参数 计算采用摩尔库伦理论本构模型有限元软件 ２０１６年０４月第０４期 城市道桥与防洪 管理施工１３９ 为一体，喷钢纤维混凝土至设计厚度。中墙基础及 （４）加强支护结构施工对策可以采取：缩短隧 边墙基础混凝土浇注前，按围岩复合支护参数，打 道开挖进尺，加强初支结构强度，采取超前预加固 设基础加固砂浆锚杆。 措施、特殊地段地表处理等施工方法。施工过程中 （３）喷射混凝土及钢拱架施工 超前地质预报报告结果与设计要及时进行对比， 隧道台阶开挖后，及时喷射一层素混凝土，然 及时调整台阶长度或施工方法，适时对初期支护 后喷射钢纤维混凝土，表层喷１ １．５ ｅｍ素混凝 参数和二次衬砌厚度进行调整。 土，封闭开挖面。安装时注意控制两拱脚标高、拱 顶标高及两侧拱腰，尤其在围岩破碎超挖较多处 注意检核拱腰位置是否准确，防止个别联接板未 参考文献： 密贴造成拱腰处一侧欠挖另一侧超挖出现。 ［Ｉ】ＬＩ Ｗｅ￣ｉａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｅｍｉｎ，ＬＩ Ｊｉｎｅａｉ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅ ｕｌｔｒａ—ｓｈａｌｌｏｗ ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ５结论 ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ａ］．３ｒｄ Ｉｎｔ．ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 【Ｃ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎ￣ｎｅｅｍ，Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ， （１）鉴于此隧道控制段围岩为软弱破碎的ｖ级 Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ，２０１１，１８３０－１８３５． 围岩，因此本工程中应以防止地层塌方为核心。上 【２】张业民，李文剑．ＰＨＣ管桩在复杂软土地基条件下的设计与施 台阶的合理开挖高度是重要参数，控制段随着开 工应用研究［Ｊ］．辽宁工业大学学报（自然科学版），２０１０，３Ｏ（３）： 挖高度从３．５—５．５ ｍ的增加洞周收敛和拱顶位移 １５７－１６１． 均呈增大趋势，尤其洞周收敛较为明显。适当控制 【３】张业民，李文剑，李进才．深埋偏压小净距隧道施工力学特征数 值模拟研究『Ｊ］．力学与实践，２０１１（２）：４６—５１． 台阶开挖高度有利于地层稳定，但当台阶开挖高 【４】张业民，栾茂田，李顺群．尖点突变模型描述土应力应变特性的 度过小时影响后续工序。 可行性［Ｊ］．武汉理工大学学报，２００４，２６（８）：３８－－４０． （２）通过对比锚杆长度的变化对底层影响是比 【５】张业民，宋长清，刘义贤，等．软粘土流动性的尖顶突变模型分析 较明显的，随锚杆长度的增加，沉降成折现形式变 【Ｊ］．岩土工程学报，１９９５，１７（４）：６７—７０． 【６】张业民，郝冬雪，栾茂田．尖点突变模型在平板荷载试验中应用 化，起初随锚杆长度的增加变形围岩变形减小。但 及预测研究【Ｊ］．大连理工大学学报，２００７，４７（３）：３９２—３９７． 是当长度超过３．５ ｍ时，控制作用不明显。锚杆长 【７】张业民，栾茂田，李顺群，等．基于突变理论的液化评估方法一英 度为３．５ ｍ时能打人岩体的稳定区域此时最有有 文［Ｊ］．计算力学学报，２００８，２５（２）：２３７－２３９． 效控制围岩变形，这时围岩变形最小，有利于围岩 【８】ＯＣＡＫ １．Ｃｏｎｔｒｏｔ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓ ｗｉｈｔ Ｕｍｂｒｅｌｌａ Ａｒｃｈ Ｍｅｔｈｏｄ 松动圈的控制。 ｉｎ Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｔａｇｅ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｉｓｔａｎｈｕｌ Ｍｅｔｒｏ ｆＪ】．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｓｐａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２３（６）：６７４－６８１． （３）初期支护中网喷混凝土支护结构在１５－ 【９】张德华，刘士海．基于围岩支护特征理论的高地应力软岩隧道初 ２５ ｃｍ时对围岩的沉降控制不明显，随着网喷混凝 期支护选型研究［Ｊ】．土木工程学报，２０１５，４８（１）：１３９－－４８． 土的厚度的增加，围岩的沉降也会减小，但是幅度 【１０］左殿军，史林，李铭铭，等．深基坑开挖对邻近地铁隧道影响数 较小。因此，可以通过适当的减少初期支护中网喷 值计算分析ｆＪ】．岩土工程学报，２０１４，３６（２）：３９１—３９５． 混凝土的厚度，以达到降低成本，缩短工期的效 ［１ １】段慧玲，张林．大跨度公路隧道合理开挖方法对比研究【ＪＪ．土木 果。采用１５ ｃｍ的网喷混凝土厚度也能够达到稳 工程学报，２００９，４２（９）：１ １４一ｌ１９． 定围岩的目的。 ’々七七｜ ｜ｔ ｜七々 ’ ’七 ’电七七 ’ 七七’七七七七｜电’ ’ 々 七 七七★七电七七七’七七’七々々七七七七七 七七’七七七七七七七 七七七电七七七七电七七电电 七七七七 重庆市丰忠高速公路石梁子大桥完成主体工程 目前，重庆市丰（都）忠（县）高速公路石梁子大桥完成主体工程，正在进行桥面铺装沥青层和安装防 撞护栏工作。石梁子大桥主桥长４３０ ｍ，引桥长４００ ｍ，最大跨径１４０ ｍ，大桥整体建设预计今年４月完 成。丰忠高速公路全长约３２．８ ｋｍ，与同样在建的忠（县）万（州）高速公路相接，是重庆至陕西安康高速 公路的重要组成部分。今年建成通车后，丰都县至忠县的车程将从现在的１．５ ｈ缩短至３０ ｍｉｎ。