富水断层破碎带隧道合理施工工法研究

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1、公路隧道2013年第2期(总第82期)富水断层破碎带隧道合理施工工法研究王琪邹育麟汪波(1中国华西工程设计建设有限公司深圳分公司深圳518029；2西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室／土木工程学院成都610031)摘要文章基于深圳市政公路葵坝路隧道为研究对象，采用三维有限差分法FLAC3D对葵坝路隧道穿越F7断层破碎带处的开挖过程进行了模拟，针对三种不同施工工法情况下洞周位移、围岩应力以及塑性区进行了对比分析，研究结果表明：三种不同工法开挖的竖向位移和围岩应力相差不大，均能满足施工及设计要求；隧道开挖过程中，拱顶、拱肩处承受较大

2、的拉压应力，施工过程中应给予重点关注，采取合理措施以确保结构稳定安全。关键词隧道工程有限差分元法富水断层破碎带施工工法为K2+740。最低点对应比较线路里程桩号K5+1工程概况550，黄海高程28．443m，最大高差可达305m。拟建葵坝路隧道工程起止里程为K1+063～花岗岩及凝灰岩控制沿线的山体基座，大部分K5+681，长4618m，为特长公路隧道，也是深圳市山体被第四系覆盖，球(椭球)状花岗岩孤石零星出首条长度突破4000m的市政隧道，隧道设计纵坡0．露，局部相对较为密集，一般直径l～3m，最大可达5，时速为50km／h。葵坝路

3、隧道纵、横断面图分5m。受构造作用影响，山势陡峻，地面高差较大，地别如图1和图2所示。形坡度一般2O。～30。，局部大雨4O。，多年无人类活动，导致杂草、灌木丛生，无直接山路通达路线走廊区，通行极为困难。隧道洞身段地形地貌为低山丘陵，北高南低，以高丘陵为主，其间夹有小型盆地、谷底及冲沟，局部冲沟常年有水流通过，在坝光村西乡西侧山体边坡处出洞。出洞口山势陡峭，自然边坡稳定。该处山体基座为凝灰岩，地表第四系覆盖层较薄，山顶标高约335m。本工程区属深圳市东部边境的海岸山脉地貌图1隧道纵断面图带，山脉走向北东。拟建道路中部为特长隧道(左线K

4、1+O4O～K5+540，右线K0+040K5+440)，隧厂—譬水源保护区一u、一，道经过的地质构造以断裂构造为主，对本工程有影l罗晨水库隧道终点响的断裂有7条(区域地质资料有6条，物探成果另隧发现1条，编号为F7)，隧道经过的断裂有4条(区域地质资料有3条，物探成果另发现1条，编号为F7)，其中F1、F2、F3和F7规模较大，也是隧道经过的4条断裂。2计算方案拟定及计算模型确定图2隧道平面图2．1计算方案拟定该隧道位于葵涌盆地以东，罗屋田水库以南、径根据葵坝路隧道施工设计阶段的实际形态，在心水库以北的火烧天峰山岭。主要地貌单元为低

5、山综合分析隧道穿越断层破碎带平纵断面图及地质资丘陵，北高南低，以高丘陵为主，其间夹有小型盆地、料的基础上，选择最不利工况建立数值模拟分析模谷地及冲沟，局部冲沟长年有水流通过。最高峰海型。本文选取F7断层处隧道开挖为例。其中，F7拔350．30m(火烧天峰山)，对应比较线路里程桩号断层产状N45。W／Sw6O。，长约1．3km，宽约·36·王琪等富水断层破碎带隧道合理施工工法研究大[5]。其中，上下台阶法与预留核心土法的塑性区4三种不同工法的对比分析均出现在拱顶及左右边墙处，且塑性区面积差不多。4．1位移对比分析CD法的拱顶、拱底及边墙

6、处均出现塑性区，且面积结合拱顶、拱底及拱腰侧移曲线图，比较分析三相对前两种工况要大些，需及时调整支护参数进行种开挖方法下洞周收敛情况可知，相比于其他两种加固。开挖方法，采用CD法开挖隧道时拱顶下沉值减少5结论及建议lo左右、拱底隆起值减少3O左右、侧移变形值减少2．7～6．4左右。因此，CD法能有效控制通过上述针对三种不同开挖工法的数值模拟分隧道洞室周边收敛。隧道施工过程中，隧道变形对析，得出以下结论：安全和工程质量具有直接的影响，其中拱顶沉降是(1)三种工况开挖过程竖向位移变化趋势基本利用隧道变形评价隧道施工安全中最重要的部分，一致

7、，洞周收敛相差不大。拱顶下沉、拱底隆起、洞应尽量避免位移突变的情况_3]。周两侧张开，收敛值满足施工要求。其中，CD法拱4．2围岩应力对比分析顶、拱底、侧移变形最小，能有效控制沉降。在工程根据不同工况断层破碎带处的围岩第一、第三实践中，对地表土体沉降要求严格的情况下，应优先主应力云图可以得出：选择CD法开挖。(1)工况一：围岩第一主应力既受拉也受压，最(2)三种工况开挖过程所产生的围岩应力都不大拉应力为1．5MPa，发生在拱顶位置。第三主应大，满足施工要求。其中，上下台阶法和预留核心土力全部受压，最大压应力值为9．3MPa。法开挖过程

8、所产生的主拉、主压应力均较小，CD法(2)工况二：围岩第一主应力既受拉也受压，最开挖过程隧道洞周所产生的主拉、主压应力虽略有大拉应力为1．46MPa，发生在拱顶位置。第三主应增大，但配合前期合理的支护措施，隧道结构的稳定