大断面富水黄土隧道开挖支护技术.pdf

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1、大断面富水黄土隧道开挖支护技术ExcavationSuppo~TechnologyforLargeSectionTunnelinRichWaterandLoessConditions鲍海荣中铁十二局集团第二工程有限公司太原030032摘要：以郑西线张茂隧道工程为例，采用数值分析的方法对富水大断面黄土隧道的施工方法进行了研究，并得到以下结论：富水大断面黄土隧道采用弧形导坑七步开挖的方法是可行的，但施工过程中要加强初期支护等手段，以保证施工安全。关键词：大断面隧道富水黄土施工开挖支护中图分类号：U455．4／文献标识

2、码B【文章编号】1004—1001(2012)04～0359—02量在计算中保持不变，不考虑岩体的变形致密效果，也不考1工程概况虑模量、泊松比等参数随深度的变化。郑西线张茅隧道开挖跨度约16m，开挖断面积达e)为加快计算进度，初期支护采取实体单元进行模170m，隧道全长8483m，其中富水黄土段3190m，在富拟。通过后期得到的实体单元应力反算钢架应力，判定安全水黄土地层中修建如此大断面隧道在国内外尚无先例。如1生。何按照工程要求实现安全和快速施工，需要对目前修建大2．2地层及支护物理力学参数断面隧道的主要施工方

3、法进行对比分析和综合评价。为此，计算所采用的地层及支护物理力学参数见表1。在综合分析工程特点的基础上，采用数值分析的方法对大表1围岩及支护材料物理力学参数断面黄土隧道的施工方法进行研究。I围岩地质密度，(m)弹性模量al7自松比黏聚力／kPa内摩擦角)2计算方法和参数选取新黄土1．6260l0．42l5．5l5老黄土1．9735010．3060．526．52．1计算假定初期支护2．529500l0．2计算采用基于有限差分算法原理的大型有限差分岩土2．3计算模型工程软件FLAC，将岩体进行单元的离散化，且按常应力模

4、本次研究主要针对4个施工方法：CD法、CRD法、双侧式进行计算。在计算前对岩体和支护结构作以下假定：壁导坑法和弧形导坑七步开挖法。计算模型及施工工序见a)采用模型的岩体材料性质均假定为均质、各向同图1～图4。性，不考虑节理、层理、剪切带等地质软弱面造成的介质不连续情况。b)模型的塑性屈服(破坏)准则采用较为适用岩土材料的Mohr—Coulomb准则。c)本次计算模型埋深100m，为了加快计算进度，根据实际研究断面地质及埋深情况，研究断面的力学计算模型，计算实际建模覆土厚度为70m，在横向上取65m，下部边界离轨面

5、75m。从计算结果显示的位移场来看，边界条件图1CD法三维模型图2CRD法三维模型对计算结果的影响可以忽略，即认为无边界效应。d)假定变形模量、岩体密度、摩擦角、黏聚力等物理参作者简介：鲍海荣(1972一)，男，本科，高级工程师。作者地址：山西省太原市小店区人民南路17号(030032)。收稿日期：2012一Ol一19图3双侧壁导坑法三维模型图4弧形导坑七步开挖法三维模型建筑施工第34卷第4期I359咂／进器隧然渤瑚啪啪卯0工序的作业时间以及经济性等问题。3计算结果分析4．1作业时间比较3．1拱顶沉降从弧形导坑七

6、步开挖法与CD法、CRD法及双侧壁导坑通过数值计算得到4种工法的拱顶沉降见图5所示。法的施工作业时间比较可以看出，若采用弧形导坑七步开挖法具有以下优点：4．1．1大断面开挖整个隧道的开挖断面达160m，弧形导坑七步开挖法只采用3个台阶，这样使得每一个台阶开挖面积很大，有利于大型施工设备的运用，而CD法、CRD法及双侧壁导坑法则都是小断面的开挖，无法使用大型机械开挖。0510l52025=j()354045504．1．2施工步骤简明图5各工法计算拱顶沉降随开挖推进距离的变化曲线弧形导坑七步开挖法的开挖步序简单明了，

7、并且无临时侧壁的施作和拆除，对工艺流程更容易把握。通过图5可知4种工法各开挖工序引起的拱顶沉降比4．1．3封闭及时例，从而确定采用相应工法时的关键工序。CD法、CRD法及双侧壁导坑法每次开挖断面较小，封对比这4种工法最后的拱项沉降值，CD法为闭加快，但全断面封闭较慢，而富水黄土隧道施工只有全断230．2mm，CRD法为157．8mm，双侧壁导坑法为88．4mm，弧面封闭后才能稳定，因此全断面封闭越快越好。弧形导坑七形导坑七步开挖法为160mm，可见双侧壁导坑法控制沉降步开挖法的全断面的封闭时间为15d，而双侧壁导

8、坑法导能力最强，CRD次之，而CD法控制沉降能力最弱。坑封闭时间都需要10d，全断面的封闭远没有弧形导坑七3-2水平收敛步开挖法及时。4种工法的计算水平收敛见图6。4．1．4施工进度快弧形导坑七步开挖法可使用大型机械，能做到及时陕速封闭，并且施工步序简单，使得这种工法开挖进度较快，量静可以达到70m／月～75m／月。坦靛因此，从施工工序来看，弧形导坑七步开挖法能做到及*时