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【远程教育论文】有关穿越斜坡体双洞隧道施工关键技术分析(论文参考资料)

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导读:此篇文章是隧道和围岩相关的毕设论文格式,供需要写此方面相关本科和硕士以及专科生毕业论文的学子们鉴赏。

(中国铁建大桥工程局集团有限公司,天津 300300)

摘 要:文章以河南三门峡至淅川高速赛岭小净距隧道穿越不稳定斜坡为工程背景,通过数值模拟分析,就小净距隧道穿越偏压斜坡不稳定体的施工技术进行分析,确定隧道穿越不良地质体的加固方案及小净距隧道的施工安全控制技术,指导了该隧道的施工,获得了良好的效果.

关键词:隧道工程;小净距;不稳定斜坡;数值模拟;施工技术

中图分类号:U455 文献标志码:A DOI:10。3969/j。issn。1674-9146。2015。04。070

收稿日期:2014-12-26;修回日期:2015-02-26

E-mail:zhanpingsong@sina。com.

小净距隧道是指两相邻隧道线路中心线间距小于1。5倍开挖隧道宽度的双洞隧道,是近年兴起的一种特殊隧道布置形式[1-3].三淅高速公路卢氏至西坪段LXTJ-11标赛岭隧道为小净距隧道,其出口围岩节理裂隙发育、破碎,且出口隧道穿越上缓下陡不稳定斜坡,在该工程中,如何确保穿越不稳定斜坡体小净距隧道施工安全是工程重点难点之一、

1 工程概况

赛岭隧道左线长2 517 m,最大埋深约225 m;右线长2 508 m,最大埋深约235 m.采用小净距隧道(测试线间距:进口18。33 m、出口13。38 m).洞口段

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200 m范围为Ⅴ、Ⅳ及围岩,其余以Ⅲ级围岩为主.隧道出口存在一不稳定斜坡体,上缓下陡,临空面前缘为052县道及峡河,临空面高约2~5 m,不稳定斜坡体岩土组成为更新统崩坡积碎石、块石夹粉质黏土,厚度约1~11。3 m,呈中密状,隧道开挖位于斜坡体中下部,开挖后仰坡易沿岩土分界面变形滑动,威胁隧道安全.

2 施工稳定性分析及建议方案

2。1 施工稳定性的数值分析建模

为确保隧道施工的安全,在施工前,首先进行

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数值模拟分析,对隧道洞口施工的稳定性进行初步把握.通过有限元程序软件MIDAS-GTS 对小净距隧道进行相关数值模拟分析,以把握小净距开挖、施工顺序、施工方法、掌子面间距等情况对不稳定斜坡的影响.基于隧道为小间距隧道,其埋深为浅埋状态,初始应力场为自重应力,可以按自重应力场计算,以弹塑性材料考虑围岩属性,衬砌结构用梁单元进行模拟计算,屈服强度准则采用Drucke-Prage计算准则,三维计算模型尺寸为 90 m × 75 m × 64。2 m(宽 × 长 × 高).模型中围岩的力学参数选定为:围岩容重为24 kN·m-3,弹性模量为3 GPa,泊松比为0。25,内聚力为0。42 MPa,内摩擦角为28°.衬砌的主要力学参数选定为容重为20 kN·m-3,弹性模量为15 GPa,泊松比为0。2.

2。2 隧道穿越斜坡体施工时斜坡体稳定性分析

由于隧道埋深较浅,所研究边坡又处于洞口段,隧道开挖很有可能会导致边坡岩体的破坏.见第71页图1,隧道开挖之后的沉降变形状态为,中心大两边小的态势.从位移矢量上也可以看出,隧道开挖对洞内围岩的影响不仅存在拱顶沉降,而且存在坡脚水平位移.这对说明斜坡已有滑移的趋势,在施工中应加强洞口段的加固措施.

对比隧道开挖前后斜坡体的应力变化图(见图2).在自重应力场环境条件下,随坡体水平深度的增加压应力逐渐增加,只有最大主应力场在表面局部地区有拉应力存在.由于隧道开挖的扰动,原来的斜坡应力场发生了新的变化,坡体位置形成了新的坡体变形发展空间.隧道开挖对斜坡应力场的影响与隧道的埋深成反比;此时洞口处出现拉应力,隧道稳定性差,需对斜坡体进行加固处置.

基于数值分析结果建议在开挖边仰坡之前洞口设置抗滑桩,左洞4根抗滑桩,桩径1 600 mm,桩长19~16 m,桩间距2 m.在桩身混凝土达到设计强度后,进行边仰坡开挖施做护拱及管棚.洞口段30 m长管棚,管棚采用规格为φ108 mm × 9 mm,环向间距40 cm,注浆完成后管内填充M30水泥砂浆,增强管棚刚度.

2。3 穿越斜坡体的隧道施工方案

根据研究现状表明,小净距隧道常用的施工方法为:全断面法、台阶法、单(双)侧壁导坑法、交叉中隔墙法(CRD法)、中隔墙法(CD法)[4-5];由于间距较大使得在公路小间距隧道中两洞之间的相互影响减弱,公路隧道对地表沉降的控制相对较小,其施工方法主要集中于台阶法、台阶与单侧壁导坑组合法、全断面法等3种.对3种方法进行的数值分析表明,隧道为浅埋隧道,其开挖后斜坡应力场变化较明显,垂直方向位移较大,水平向位移为洞口段边坡存在的指向坡脚位置的.在同一种开挖工法下,左右开挖顺序对斜坡位移变化影响并不大,在选择不同的开挖方法中,建议采用台阶法与CD法组合进行施工.不同掌子面间距对围岩竖向位移的影响并不大,且对洞室的竖向收敛的影响也不大.初衬内力压应力与掌子面距离成反比,压应力的变化速率亦与掌子面的距离成反比.通过左右掌子面距离变化对其他参量的分析计算,得出左右洞掌子面距离控制在10~20 m之间,其对支护、水平收敛控制以及洞身稳定都是最优效果.

基于以上的数值模拟分析,对赛岭小净距隧道建议施工方案如下:先行右洞采用上下台阶法施作,后行左洞采用短台阶留核心土法开挖法,洞口风化岩段采用机械开挖,严格按照“短进尺、少扰动、强支护、快封闭”的原则.遇到坚硬岩石,采用浅孔弱爆破法,爆破震动速度不大于20 mm/s.左、右洞施工距离应错开15 m以上,开挖每循环进尺控制在0。6~0。8 m.右洞先行洞及时对中夹岩柱进行加固加强,采用d42 mm小导管注浆加固,间距50 cm,注浆压力控制0。5~1。0 MPa.左洞在斜坡体位置增设洞内双排小导管注浆加固.

3 赛岭隧道穿越洞口斜坡体的施工技术

3。1 施工技术方案及控制要点

两洞室均匀采用台阶法施工,上台阶采用光面爆破,每循环进尺控制在1。2~1。5 m,爆破震动速度控制在 20 mm/s.下台阶中夹岩侧采用预裂爆破技术,每循环进尺2~2。5 m.严禁深孔爆破以便最大限度保护洞室周边岩体的完整.二次衬砌距离下半断面开挖面控制在30~50 m.由于中夹岩柱的承载力对小间距隧道的围岩压力影响明显,要控制小间距隧道的稳定性,必须做好对中墙的加固方案.

该隧道采用小导管注浆加固,小导管采用外 径42 mm,壁厚3。5 mm的热轧无缝钢管,钢管长为4 m,前段加工成尖锥状,尾部焊接¢8加劲箍,管壁四周15 cm间距梅花形钻设¢8压浆孔.小导管环向间距50 cm,平插角45°,纵向间距1。2 m,施作一环.在边拱初期支护完成后,进行小导管注浆.注浆采用水泥浆液,水灰比为0。5∶1。0,注浆压力:0。5~1。0 MPa.

3。2 小净距隧道施工安全控制技术

由于小净距隧道的特点是围岩破碎、开挖扰动后易失稳坍塌、稳定性极差,同时施工干扰和地层扰动的相互影响和叠加,都制约着隧道开挖的稳定性,所以根据不同的隧道断面尺寸,以及勘测的地层地质情况,开挖方案的确定,超欠挖的控制,保证施工进度和洞身的开挖稳定性,这些是顺利通过软弱围岩地区隧道施工的重要因素.隧道通过软弱破碎围岩,其开挖方法遵巡的原则是短进尺、弱爆破以及分部位开挖原则,同时严格控制隧道超挖.断层破碎带Ⅴ级围岩地区以及进口洞口段开挖方案都为三台阶法,台阶长度<15 m,上台阶开挖高度控制在3。0 m范围,根据围岩地质情况,采用小药量掏槽爆破技术,周边地区人工修整或人工风镐直接开挖,台阶上出渣为人工手推车运输,每循环进尺为0。5~1。0 m;第二、第三台阶开挖高度分别为3。0 m左右,单边挖掘机开挖,机械出渣,人工风搞修整,每循环单边开挖长尺控制在1。0~1。5 m范围内.一般地段Ⅴ级围岩段,采用二台阶法开挖,根据围岩地质情况,选取开挖方法为长台阶法或台阶法.要进行机械出渣,上台阶施工高度必须控制在5 m左右[6].

每进行一个开挖循环,先初喷混凝土,厚度为4 cm,砼标号为C20,及时封闭围岩,随即施作格栅钢架、锚、网、喷支护,初期支护保证预留沉降量,控制在7 cm,格栅钢架接头采用螺栓连接,底脚垫槽钢.围岩破碎段应采用φ42的超前小导管注浆预加固围岩,一般地段则采用φ22超前砂浆锚杆进行预支护.必要时,在隧道通过软弱破碎带,等Ⅴ级围岩地区,应放置I16的工字钢拱架,间距控制在50 cm/榀;如若围岩出水,则必须在相应位置设置盲管进行引排水;在隧道上导洞施工时,必须加强对墙角的支垫,同时喷射砼回填,控制基底清理的质量,减小对隧道形变的影响[7].

全断面法开挖完成后,及时施作仰拱,使支护封闭成环,仰拱距掌子

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面距离<1。5D~3。0D,拱墙衬砌距离掌子面<5。0D~10。0D.这样不但可以确保已开挖洞段的施工稳定性,使围岩变形充分,同时最大限度的发挥围岩的自承能力,而且

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又限制了围岩松动的发生,二次衬砌无需承受的围岩的松动压力,从而也改善洞内施工环境.

3。3 施工中应注意事项

隧道施工遵循原则为管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测、速反馈,保证施工依照设计图纸进行.同时施工中需主要如下问题:一是上下台阶不宜拉的过长,一般以2。0D~3。0D为宜.二是富水破碎带段围岩的变形具有较强的时效性,因此必须及时进行支护封闭岩面.三是超前支护必须严格按设计方案施工,每环搭接长度以及超前小导管角度必须符合设计要求,注浆压力严格控制在0。8~1。0 MPa;初期支护完成2~3个循环后及时进行壁后注浆,控制隧道偏压变形,注浆时采取分段分片,从下至上,跳跃式注浆.四是对局部因开挖造成的超挖部分必须用同等级混凝土回填密实,杜绝初次支护悬空和支护壁后空洞的出现.

小净距隧道施工只有采取以上施工措施,才能有效地控制了围岩-支护体系的形变量,保证隧道顺利通过过程中结构体系的稳定以及施工的安全,并最终形成一套小间距隧道特定的施工方法.

4 结论

以三淅高速公路卢氏至西坪段LXTJ-11标赛岭小净距隧道为依托工程,在数值模拟分析基础上确定的小净距隧道穿越裂隙发育斜坡体综合施工技术解决了小净距隧道施工中双洞需错开一定距离带来的进口施工进度慢、二次衬砌不能及时施作和安全性差的技术难题,减少了配套设备、场地和附属设施等的投入,保证了施工质量及工期.

[ 参考文献 ]

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