Abstract:  The  project under question, Large span project at Xiaoguan, is one of the key projects for Ring Line North . Long span, with multi-arch , brand new configuration , complicated in force bearing, and the project is situated in fault zone. This paper makes a brief description of construction at portal, and lining jobs.Keywords: long span tunnel， faulty zone， middle bulkhead.

 

1　工程概況

 

 小關(guān)隧道全長273m，是貴陽市中心環(huán)北線項(xiàng)目的關(guān)鍵工程之一。隧道最大埋深為75m，局部地形陡峻；進(jìn)、出口端均淺埋于Ⅱ類圍巖中，地表為第四系殘積粘土層，厚0～2m，局部為斷層破碎物質(zhì)，下伏基巖為三疊系中疏松泥質(zhì)白云巖、灰?guī)r，因此地質(zhì)條件很差。其中進(jìn)出口端的斷層陡傾，節(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀變化大，巖體破碎，且軟硬質(zhì)巖石相間，當(dāng)?shù)乇硭�沿硬質(zhì)巖滲透到軟硬巖交匯處時，會迅速降低巖石的物理力學(xué)和化學(xué)性能，在掘進(jìn)過程中易引起坍方掉塊。

 

 隧道穿越城市山嶺，受地理因素所限，上、下行線路無法分離，故設(shè)計成雙跨連拱隧道形式。有關(guān)尺寸參見公路隧道設(shè)計規(guī)范的高速公路山嶺地區(qū)隧道建筑限界，中直墻厚2m，上縱坡度為3‰。

 

 2　結(jié)構(gòu)設(shè)計

 

 2.1　洞口設(shè)計

 

 小關(guān)隧道進(jìn)出口端均位于Ⅱ類圍巖地段，進(jìn)口段地形等高線與線路中線成45°斜交，洞口上方左低右高的地形易產(chǎn)生偏壓。設(shè)計的連拱形式毛洞寬24m，洞頂兩側(cè)地表高差7～8m，為抵抗偏壓修建了明洞，長7m；洞門采用柱式結(jié)構(gòu)，能起到抵擋仰坡下滑和增強(qiáng)端墻穩(wěn)定性的作用，同時作建筑 藝術(shù) 的效果處理，右側(cè)高邊坡處設(shè)置10m長的擋墻，以降低邊坡高度。出口也相應(yīng)修建5m明洞,同樣采用柱式洞門結(jié)構(gòu)，在邊坡高度已滿足隧規(guī)要求的情況下省略擋墻布置，并在兩端運(yùn)用管棚進(jìn)洞的輔助措施。 

 

 2.2　襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

 

 隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計為雙跨連拱結(jié)構(gòu)形式，中隔墻為直線形，兩側(cè)邊墻為曲線，邊墻與拱圈內(nèi)輪廓為單一的圓弧。依據(jù)新奧法原理指導(dǎo)設(shè)計與施工，襯砌結(jié)構(gòu)采用復(fù)合形式，支護(hù)結(jié)構(gòu)形式見圖1。圖1　連拱隧道村砌結(jié)構(gòu)圖

 

 Ⅱ類圍巖區(qū)域圍巖松軟，施工中周邊圍巖松動及位移不可避免，故在設(shè)計中采用I18型鋼鋼架支撐，并用熱軋無縫鋼管��42mm的超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)。襯砌初期支護(hù)采用錨網(wǎng)噴形式，二襯定為鋼筋砼結(jié)構(gòu)。Ⅲ類圍巖段設(shè)置鋼花拱，可防止拱部產(chǎn)生較大的坍塌，同時也能保持側(cè)壁的穩(wěn)定，二次模注襯砌與Ⅱ類厚度等同。主要支護(hù)參數(shù)見表1。

 

表1　主要支護(hù)參數(shù)     預(yù)加固      附加措施      初期支護(hù)      模柱襯砌      中墻頂部       拱、墻      中墻、仰拱       Ⅱ類圍巖      超前小導(dǎo)管      I18   號型鋼      錨噴，厚   25cm       25   號鋼筋砼      25   號素砼      鋼筋砼支墩     Ⅲ類圍巖      超前錨桿      鋼花拱      網(wǎng)噴，厚   25cm        明洞      /     /     /     25   號鋼筋砼           3　數(shù)值模擬

 

 3.1　 計算 原理與模型

 

 采用空間彈塑性有限元 方法 對施工的不同階段進(jìn)行模擬計算。巖土類材料屈服條件表示為f(σ)＝K(k)，計算時采用Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，建立其本構(gòu)方程，然后由求得的各高斯點(diǎn)的強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)確定隧道圍巖塑性區(qū)范圍。

 

 Ⅱ類圍巖淺埋隧道段向上計算范圍取至地表，計算時不同巖體視為均勻介質(zhì)，隧道圍巖、初期支護(hù)用平面等參數(shù)單元模擬，二次襯砌錨桿分別用梁單元和軸力桿單元近似模擬。圖2、圖3即為相應(yīng)的襯砌內(nèi)力示意圖。（a） 軸力圖(單位：kN)（b）彎矩圖（單位：kN）

 

3.2　結(jié)果 分析 

 

  計算 結(jié)果見表2和表3。

 

表2�、蝾悋鷰r不同施工階段洞室收斂位移及洞室周邊圍巖最大主應(yīng)力計算結(jié)果  施工階段  最大位移（㎜）  收斂比 （％）  圍巖中最 大主應(yīng)力（KPa）   豎直  水平   拱頂  隧底  中墻  邊墻  水平  拱頂   左洞開挖后  -0.351  0.609  0.397  0.229  0.001  0.004  2080.2   左洞封閉式襯砌完  -0.204  1.342  0.407  0.235  0.002  0.003  2265.8   右洞開挖后  -0.454  2.274  1.434  0.406  0.004  0.005  1964.0   右洞封閉式襯砌完  -0.732  2.628  0.439  -0.399  0.007  0.009  2920.5      表3�、箢悋鷰r不同施工階段洞室收斂位移計算結(jié)果  施工階段  最大位移（㎜）  收斂比 （％）   豎直  水平   拱頂  隧底  中墻  邊墻  水平  拱頂   左洞開挖后  -1.914  1.335  1.138  0.619  0.001  0.021   左洞封閉式襯砌完  -3.178  6.162  1.896  1.461  0.003  0.041   右洞開挖后  -3.413  6.338  1.898  1.448  0.016  0.044   右洞封閉式襯砌完  -4.183  7.052  1.005  -1.394  0.019  0.054      

 

 計算中進(jìn)行了不同施工階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移以及周邊塑性區(qū)情況、錨桿受力的分析。計算結(jié)果表明：

 

 1) 計算所得的塑性區(qū)圖顯示在施工階段和施工完畢后，隧道周邊圍巖中的破壞域主要集中在直邊墻、中隔墻頂部和墻腳、拱腳部位。據(jù)此認(rèn)為，在設(shè)計中采取了小導(dǎo)管注漿和錨桿加固的措施以確保施工過程中洞室的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的安全性是必要的。

 

 2) 由于“收斂比”這一參數(shù)能較全面地反映圍巖應(yīng)變性態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)，且根據(jù)表1所得的結(jié)果，不同施工階段洞室的收斂比遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，可見隧道在施工過程中處于安全狀態(tài)。

 

 3) 計算錨桿受力時顯示其受力并不大，所受拉力都在12kPa以下。在用不同施工階段的錨桿受力圖也顯示后挖洞對已成洞的 影響 不是很大，更不會危及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

 

 4) 在開挖第一個洞時，中隔墻部位出現(xiàn)了少許拉應(yīng)力；兩洞全部完成后，拉應(yīng)力主要出現(xiàn)在中隔墻頂部，通過計算隧道洞周及中隔墻部位在各計算點(diǎn)的強(qiáng)度安全系數(shù)，均達(dá)到了規(guī)范的要求，不影響結(jié)構(gòu)安全。由求得的內(nèi)力圖知，后挖洞的施工會使建成洞的內(nèi)力增加，但在支護(hù)結(jié)構(gòu)作用下沒有增加太大。

 

 4　隧道施工

 

 4.1　施工 方法 及其重點(diǎn) 

 

 施工方法采用三導(dǎo)洞先墻后拱開挖方式，主要施工步驟見圖4，包括：①開挖中央導(dǎo)坑與臨時支護(hù)；②修筑中隔墻；③左旁側(cè)導(dǎo)坑開挖與臨時支護(hù)；④挖左洞及施作初期支護(hù)；⑤修筑左洞二次初期；⑥左洞下部及仰拱開挖；⑦修筑左洞仰拱；⑧右旁側(cè)導(dǎo)坑開挖與臨時支護(hù)；⑨挖右洞及施作初期支護(hù)；⑩修筑右洞二次初期；右洞下部及仰拱開挖；修筑右洞仰拱。

 

 掘進(jìn)中按短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、模筑襯砌緊跟原則進(jìn)行，先開挖的洞室在完成作業(yè)時，應(yīng)及時作好初期支護(hù)和二次襯砌，并盡量減少對圍巖的擾動，發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力，使噴錨支護(hù)和圍巖一起形成自穩(wěn)承載圈。在后挖隧道時，要盡量減少爆破對已建成結(jié)構(gòu)的損傷，并加強(qiáng)監(jiān)控。在埋深淺、圍巖弱的情況下，應(yīng)及時施作仰拱，以便襯砌與仰拱能夠盡早形成一個閉合結(jié)構(gòu)，整體受力。對隧道的防排水、照明和消防等步驟，在設(shè)計與施工時要給予重視，避免由人為疏忽所造成的損失。

 

 4.2　施工監(jiān)測

 

 施工監(jiān)測是新奧法的基本要素之一，而且是檢驗(yàn)設(shè)計、保證施工安全的重要手段，因此從中導(dǎo)坑開始施工起，應(yīng)按本設(shè)計的量測設(shè)計要求進(jìn)行施工監(jiān)測，并及時進(jìn)行信息反饋，指導(dǎo)設(shè)計與施工。

 

 5　結(jié)語

 

 小關(guān)隧道已于2002年底基本建成，這表明先開挖中導(dǎo)洞對于雙跨連拱隧道施工來說是一個十分合理的方案，并在工程實(shí)踐中得到廣泛 應(yīng)用 。

 

 由于雙跨連拱結(jié)構(gòu)對周邊圍巖存在著多次擾動，特別是在中隔墻頂部存在著受力復(fù)雜的塑性區(qū)，因此，在設(shè)計、施工時應(yīng)格外重視中隔墻的受力平衡及其穩(wěn)定，應(yīng)把中隔墻與仰拱、正洞拱部的鋼筋焊接為一個整體，便于受力。為避免中隔墻上部的圍巖遭破壞，修筑好的中隔墻宜用支撐頂住兩旁的坑壁；并處理好中隔墻的基底和保證中隔墻頂部回填密實(shí)，待其達(dá)到強(qiáng)度后才能拆除中導(dǎo)洞底邊墻及部分拱部臨時支護(hù)。

 

 小關(guān)大跨連拱隧道穿越斷層等軟弱圍巖地段的成功實(shí)例可以為其他類似工程的設(shè)計與施工提供有益的 參考 和借鑒。

 

 當(dāng)然，中隔墻頂部滲漏水在現(xiàn)有的隧道施工中一直未得到徹底根治，繼續(xù)探討尤為必要；其次，建造工序繁瑣，有必要 研究 如何在確保安全穩(wěn)定的同時減少工序和縮短工期，比如像單導(dǎo)洞開挖方案等等。參考 文獻(xiàn) 

 

 ［1］ JTJ026-90，公路隧道設(shè)計規(guī)范 ［S］

 

 ［2］ 潘昌實(shí). 隧道力學(xué)數(shù)值方法 ［M］. 北京： 中國 鐵道出版社，1995

 

 ［3］ 王毅才. 隧道工程 ［M］. 北京：人民 交通 出版社，2000

 

 ［4］ 孫鈞. 地下工程設(shè)計 理論 與實(shí)踐 ［M］. 上海：上海 科學(xué) 技術(shù)出版社，1996，12

 

 ［5］ 劉洪洲，黃倫海. 連拱隧道設(shè)計施工技術(shù)研究現(xiàn)狀［J］. 西部探礦工程，2001，1

 

 ［6］ 余曉琳，黃小華，彭立敏. 軟弱圍巖條件下連拱隧道施工階段的受力分析［J］. 西部探礦工程，2002，4