浅埋隧道下穿高速初支变形控制施工技术

・１５２・　第３９卷第３期　２　０　１　３年１月　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　山　西　建　筑　Ｖ０１．３９　Ｎｏ．３　Ｊａｎ．　２０１３　文章编号：１００９—６８２５（２０１３）０３—０１５２—０４　浅埋隧道下穿高速初支变形控制施工技术　乔　东　（中铁三局集团第五工程有限公司，山西晋中０３０６００）　摘要：以郑西客运专线阌乡隧道下穿连霍高速公路段为例，对下穿段初期支护变形规律进行了分析，提出了浅埋大断面隧道下　穿高速公路段初期支护的变形控制措施，并对施工中的成功与不足进行了总结，为后续施工提供了借鉴。　关键词：浅埋隧道，下穿高速，初期支护，变形控制，施工技术　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ａ　１　工程概况　１．１　工程介绍　下穿连霍高速公路段洞顶覆盖层为ｌ０．３　ｍ。路面宽度　２４．５　ｍ，公路中线与隧道中线的交角为１５。。连霍高速公路车流　重车多，交通繁忙。通行车辆最大的载重量为４５０　ｔ，平均每　阌乡隧道地处黄河二级阶地，全长７７０　ｍ，洞口段６０　ｍ采用　量大，　明挖法施工，下穿连霍高速公路段２７４　ｍ采用双侧壁导坑法施　天车流量为２　２４０次。工，其余４３６　ｍ采用ＣＲＤ法施工。隧道开挖断面积为１７４　ｍ　，净　１．３施工重难点分析　下穿段高速公路路面要求沉降量控制在５　ｃｍ之内，因此有　空断面积为１００　ｍ　全隧位于第四系砂质黄土层中，均为Ｖ级围　　岩。土质为灰黄色，疏松、孔隙率大，节理发育，土体间粘结力极差。　效控制沉降是施工的重难点。１．２连霍高速公路通行情况　２下穿连霍高速公路段施工方法　降区（见图１０）。在隧道顶部地表设置观测点，记录沉降量如图　较严重，并且形成地表的沉降，且深埋侧大于浅埋侧，这对地表的　１１所示。可以发现在距洞口３０　ｍ的地表沉降量最大，约为　０．６　ｍｍ。　一些建筑物很不利，可以通过增设超前支护和对开挖断面及时支　护的方式减小拱顶的沉降，同时应加强对围岩的变形监测并采取　由计算变形分布云图可以看出，距进洞口的距离越大（埋深　防护措施，确保隧道施工的安全。２）浅埋偏压隧道开挖过程中，　越深），隧道引起的地表塌陷范围越大，沉降值越大。塌陷范围分　隧道右侧拱部和底板产生了小范围的拉应力集中，量值较小。隧　别约为３．４５　ｍ，６．５８　ｍ，８．１６　ｍ，９．６４　ｍ。　道深埋侧拱脚和拱部存在不同程度的压应力集中区。进行支护　结构设计时，要充分考虑支护结构能够抵抗偏压作用引起的不均　匀变形。３）塑性区主要产生在隧道两侧边墙及拱部，在隧道施工　ｇ　时，应注意及时采取喷锚等措施，防止隧道洞周裂隙进一步扩展，　从而减小塑性区范围。此外，断层穿过处产生了较多的塑性区并　且围岩变形在此处产生了突变，施工时应减小进尺并加强支护。　参考文献：　［１］铁道部第二设计院．铁路工程设计技术手册［Ｍ］．北京：中　时步　ｂ　爱　国铁道出版社，１９７６．　图ｌ１地表位移变化　３结语　分析了浅埋偏压隧道围岩开挖后的应力场、变形区、塑性区以及　［２］王叔刚，李术才，王刚，等．浅埋偏压隧道洞１：７施工技术及　稳定性分析研究［Ｊ］．岩土力学，２００６（２７）：３６４－３６８．　社。２００３．　　立敏，刘小兵．交通隧道工程［Ｍ］．长沙：中南大学出版　本文应用ＦＬＡＣ如软件对红石沟隧道进洞口进行了数值模拟，　［３］　李海威，李德武，常卫锋．浅埋偏压隧道围岩力学与变形研　塌陷区的变化特征，得到如下结论：Ｉ）从模拟结果可以看出，由于　［４］究［Ｊ］．兰州交通大学学报，２０１２，３１（１）：４３—５１．　偏压作用，隧道开挖后产生了不对称变形。拱顶处的沉降变化比　Ｉ　ｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｎｕｍｅｒｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　０ｆ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｏｆ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｂｕｒｉｅｄ　ｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌｓ★　ＬＩＵ　Ｔｉａｎ・ｙｕ　（Ｌｉａｏ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｐａｎｊｉｎ　１２４０１０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｈｏｎｇｓｈｉｇｏｕ　Ｔｕｎｎｅｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅ．ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ　ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｈａｌ－　ｌｏｗ　ｂｕｒｉｅｄ　ａｎｄ　ｕｎｓｙｍｍｅｔｉｒｃａｌ　ｓｔａｔｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｔｒａｎｃｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ，ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ＦＬＡＣ　，ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｅｎｔｒａｎｃｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｆｉｅｌｄ，ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｆｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｚｏｎｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｓｔａｔｕｓ，　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｓｏｍｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｓｙｍｍｅｔｉｃａｌｒ　ｔｕｎｎｅｌ，ｓｔｅｓｓ　ｏｆ　ｓｕｒｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｐｌａｓｔｉｃ　ｚｏｎｅ，ｎｕｍｅｒｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　收稿日期：２０１２—１１－０７　作者简介：乔东（１９７３．），男，高级工程师　爹　掌荦　２．１拱部超前预支护　乔东：浅埋隧道下穿高速初支变形控制施工技术　・１５３・　ｃ．安设型钢钢架仰拱单元，并接长Ｉ　２５　ｌＩ６ｉ时钢架，复喷混凝土至　使之封闭成环。　阌乡隧道下穿段由于土层极其松散，采用湿式钻进成孔后安　设计厚度，阌乡隧道双侧壁法各道工序具体作业流程与传统施工工艺　装管体的过程中塌孑Ｌ现象严重。按照常规方法难以施作，为此采　　用跟管钻进法来施工大管棚。所谓跟管钻进法指的是边钻孔边　相同（见图１，图２）。安装导管。即管棚体分节制作，待钻进深度够一根导管长度后，　就安装一节导管，然后接着钻进，每够一节导管长度后就安装一　节，以免塌孔。采用跟管钻进法作业时由于要靠导管作为高压风　管排渣，因此管壁上没有溢浆孔。　Ｉ拱墙　８钢筋网２０　ｅｍｘ２０　ｃｍ　全环Ｃ２５喷射混凝土，厚３５　ｃｍ，内设全环Ｉ　２５ａ型钢筋架　拱墙击８钢筋网２０　ｃｒｕｘ２０　ｃｍ　全　堑堕　望筮圭　里垄！　！　堡全　壁垒丝　塑塑銎　二次衬砌Ｃ３５钢筋混凝土，拱墙厚５５　ｃｍ、仰拱厚６５　ｃｍ　侧壁＋５０超前　小导管间距０．５　ｍ　２．２掌子面超前预支护　阌乡隧道前期施工时，通过监控量测我们发现，在离掌子面　喷ｃ２５混凝土　１Ｏ多米远的地方地表即开始出现下沉，另外洞内掌子面有外移的　现象。鉴于此设计上掌子面按等边三角形布设担５纤维锚杆，以　此一方面来控制掌子面的位移，另一方面通过对纤维锚杆杆体注　浆来固结掌子面前方的土体。　纤维锚杆的施作工艺同中空注浆锚杆，即采用煤电钻成孔，　插入杆体后注浆而成。　２．３下穿段开挖方法　阌乡隧道下穿连霍高速公路段全部采用双侧壁导坑法施工。　２．３．１　与传统双侧壁法的区别　１）侧导洞的大小设置不同。阌乡隧道双侧壁法侧导坑设置　的较小，中间导坑５号洞室较大。　２）侧导的初支仰拱封闭时间不同，阌乡隧道双侧壁法是在开　挖中间导坑之前先封闭侧导初支仰拱，而后再行施作中间洞室，　以此来控制沉降量。　３）大拱脚结构不同，传统的双侧壁法大拱脚为素混凝土结　构，而阌乡隧道双侧壁法大拱脚内加设有型钢支撑。　４）临时支撑的弯制弧度不同，阌乡隧道临时支撑弯制的弧度　更为圆顺，更有利于控制围岩变形。　２．３．２　阌乡隧道双侧壁法各洞室开挖顺序及步长关系　１）ａ．拱部及掌子面进行超前预加固。ｂ．人工开挖①部。ｃ．　必要时喷５　ｃｍ厚混凝土封闭掌子面。ｄ．施作①部导坑周边的初　期支护和临时支护，即初喷４　ｃｍ厚混凝土，架立型钢钢架和Ｉ　２５　临时钢架，敷设钢筋网并设锁脚锚杆，安设Ｉ　２５横撑。ｅ．复喷混　凝土至设计厚度。　２）ａ．在滞后于①部２　ｍ一３　ｍ后（①部由人工开挖，平台过长　不利于出碴），机械开挖②部，人工配合整修。ｂ．必要时喷５　ｃｍ　厚混凝土封闭掌子面。ｃ．导坑周边初喷４　ｃｍ厚混凝土。ｄ．接长　型钢钢架和Ｉ　２５临时钢架，敷设钢筋网并安装锁脚锚杆。ｅ．复喷　混凝土至设计厚度。　３）在滞后于②部１．５　ｍ后（预留１．５　ｍ主要是减小②部的一　次开挖高度，防止②部坍塌），对侧导小仰拱进行封闭。　４）在滞后于①部２　ｍ后开挖③部，并施作导坑周边的初期支　护，步骤及工序同①部。　５）在滞后于③部２　ｍ～３　Ｉｎ距离后，机械开挖④部，人工配合　整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同②部。　６）在滞后于④部１．５　ｍ后，对侧导小仰拱进行封闭。　７）ａ．在滞后于④部６　ｍ后，机械开挖⑤部，人工配合整修。　ｂ．必要时喷５　ｃｍ厚混凝土封闭掌子面。ｃ．导坑周边初喷４　ｃｍ厚　混凝土，架立拱部型钢钢架，安装钢筋网及连接筋后复喷混凝土　至设计厚度。　８）在滞后于⑤部２　ｍ后，开始⑥部、⑦部的施作。　９）ａ．在滞后于⑦部满足一次仰拱模注长度后开始⑧部的施　工，机械开挖，人工配合整修。ｂ．隧底周边初喷４　ｃｍ厚混凝土。　Ｉ　２５ａ临时横撑　①　⑥ｆ隧　③　侧壁洞室较普通　————————————？一　临时支撑的　么　双侧壁施工减小　弧度更为圆顺／雨　‘　＼⑦　④　大拱脚内增加型钢支撑　６４２锁脚锚管长４．０　ｍ　图ｌ　阌乡隧道双侧壁法立面布置示意图　三三　４，４２脚锚管长　．。　②　④　一　．　图２传统双侧壁法立面布置示意图　３下穿段施工监控量测变形规律　３．１地表沉降规律　地表监控量测点位的布设情况：纵向每隔５　ｍ布设一量测断　面，横向间隔５　ｍ布设一个监控点位，每个里程断面共布设９个监　控点位。　隧道地表监控量测资料表明：当隧道掌子面未开挖到该断面　时，沿隧道开挖方向的地表各点已产生了沉降，开挖掌子面对前　方土体的影响范围一般为０．５ｈ一０．ｓｈ（其中：ｈ为洞顶覆盖层厚　度），从布点至洞内掌子面到达地表观测点断面止一般下沉量为　４　ｍｍ一１０　ｍｍ。地表最终沉落量一般为洞内沉落量的１１０％～　１４０％，另外地表沉降时间主要取决于围岩情况，一般二衬施作完　后７５　ｄ～１００　ｄ地表沉降趋于稳定。随着隧道的开挖，洞顶地表　距隧道中线两侧０．５ｈ～０．９ｈ会出现一条贯通的裂缝，裂缝两侧　会出现明显的错台，裂缝宽度为１　ｃｍ～２　ｃｍ。如果开挖暂停５　ｄ　以上，则对应掌子面的地表会出现一条细微的横向裂缝，与纵向　裂缝连通成为怀抱式。地表的横向沉降曲线为一抛物线，距离隧　道横向距离越大，沉降越小，在边缘处地表有隆起现象。　监控量测资料显示：开挖期间隧道内拱顶下沉趋势与地表下　沉趋势基本一致。地表与洞内沉降时间差一般不超过２　ｈ。　３．２洞内拱顶下沉规律　洞内纵向布设点位与地表位于同一里程断面，横向３个洞室　拱顶各布设一个监控点位。　隧道拱顶监控量测资料表明，侧导洞从掌子面开挖到侧导初　支仰拱封闭期间，下沉量比较显著，平均３　ｍｍ／ｄ一５　ｍｍ／ｄ，之后下　沉量逐渐减小，平均１　ｍｍ／ｄ一２　ｍｍ／ｄ。侧导洞下部２号，４号洞室　落底及侧导初支仰拱封闭作业期间下沉量明显，平均为４　ｍｍ／ｄ～　６　ｍｍ／ｄ。中间导坑５号洞室从开挖到施作大仰拱前下沉较为均　匀，平均１　ｍｍ／ｄ～２　ｍｍ／ｄ，大仰拱开挖期间，下沉量比较明显，平　均为４　ｍｍ／ｄ～６　ｍｍ／ｄ。仰拱施作完成后至中隔壁拆除期间，整　・１５４・　第３９卷第３期　２　０　１　３年１月　山　西　建　筑　个初支形成了封闭的受力结构，拱顶下沉趋于稳定，平均下沉量　是应力较为集中的部位，也是施工最薄弱的地方，故而应通过喷　为０　ｍｍ／ｄ～１　ｍｍ／ｄ。中隔壁拆除后前３天下沉量比较明显，平　射混凝土来补强。　均为２　ｍｍ／ｄ，之后逐渐趋于稳定。整个开挖断面侧导下沉量比　量的６４％～８７％。　临时支护：设计上主拱圈为双层支护，而临时隔墙为单层支　节。因此施工中应严控临时隔墙的喷混凝土厚度。　加强对洞内施工用水的管理，严禁积水浸泡初期支护基础。　中间导坑下沉量大，中间导坑拱顶下沉量一般为侧导坑拱顶下沉　护，通过前期的施工我们也发现，临时隔墙是引起变形的薄弱环　３．３洞内收敛规律　位。量测方法为全站仪无接触式量测。隧道监控量测资料表明，　洞内收敛观测点在侧导１号～４号洞室各布设一对量测点　４．３洞内初支补强　洞内初支补强采取的措施主要是：增加临时支撑的喷混凝土　增加锁脚锚杆的数量；水平Ｉ临时横撑满喷混凝土；加密钢拱　侧导的两个上部洞室收敛量较小，开累为５　ｍｍ一８　ｍｍ。开挖初　厚度；期３　ｄ一４　ｄ内较为明显，随后每天的变化几乎都在１　ｍｍ以内。　架的间距；加打法向锚杆。　侧导２号，４号洞室施作后，布设的量测点位收敛量变化较为明　４．４初支背后注浆　显，２号，４号洞室从施作到侧导封闭前平均为３　ｍｍ／ｄ一５　ｍｍ／ｄ。　施作侧导初支仰拱期问，收敛量最大，平均为６　ｍｍ／ｄ～８　ｍｍ／ｄ，　其后逐渐趋于稳定。侧导下部洞室布设的收敛点开累收敛量为　１９　ｍｉｌｌ～３３　ｍｉｌｌ。中隔壁拆除后整个断面收敛变形前３天较为明　显，平均为２　ｍｍ／ｄ，其后逐渐趋于稳定。　４下穿段变形控制措施　４．１　控制开挖进尺及步长间距　根据围岩的稳定情况，下穿段ｌ号～５号洞室开挖循环进尺　均为一榀钢架间距即０．５　ｍ。侧导初支仰拱开挖循环进尺严禁超　过３榀钢架间距。仰拱的循环作业长度为５．２　ｍ。通过监控量测　数据表明：仰拱及时封闭是控制沉降的最有效手段。为此施工中　应严控下列步距关系：　１）控制侧导初支仰拱的封闭，一般要求侧导初支仰拱距前方　掌子面的距离小于５　ｍ。　２）控制大仰拱的封闭时间，要求中间洞室大仰拱距５号洞室　掌子面的距离小于１７　ｍ。　３）控制５号洞室距侧导初支仰拱的距离，一般要求封闭的侧　导初支仰拱距５号洞室掌子面的距离为２　ｍ～３　ｒｉｌ，两者之间距离　过小，势必导致侧导初支封闭期间下沉量增大，距离过大势必延　长大仰拱的封闭时间。　４）控制二衬距最前方掌子面的距离，一般要求控制在４５　ｍ　以内。　４．２控制工序施工质量　建立隧道各工序的质量卡控表，使每道工序质量都处于受控　状态，以质量保证隧道施工的安全和达到控制变形的目的。各道　工序控制质量要求如下：　开挖：１号，３号，５号洞室掌子面核土面应尽可能的留大。　１号，３号洞室底部临时横撑应采用掏槽法进行安装。　钢架安装：拱墙脚下垫槽钢纵向应连成一个整体，钢架应尽　可能的贴紧掌子面的土体，钢架接头垫板应密贴，连接螺栓应上　紧、数量足。同一榀钢架各单元拱架应位于同一里程断面内。　１号，３号洞室底部临时横撑应紧跟核心土。　锁脚锚杆：　１）严控锁脚的下插角度，一般与水平面成４５。角；　２）严控锁脚的施作长度和数量；　３）严控锁脚锚管的注浆饱满度；　４）锁脚与钢架的连接必须焊接牢固，锁脚锚杆施作质量的好　坏对变形量影响较大。　喷射混凝土：　１）严控喷混凝土的密实度；　２）各洞室接头混凝土接槎部位的虚碴、浮土应清除干净；　３）临时钢架与主拱架的接点部位应加喷混凝土，该接点部位　为了使地层与支护结构密贴，减小地层沉降变形，改善结构　受力情况，在初期支护拱部背后进行压浆回填。第一层初期支护　施工时拱部预埋４，４２钢管，长０．５　ｍ，环向间距３．０　ｍ，纵向间距　１．０　ｍ，梅花形布置。注浆材料采用１：１水泥砂浆，注浆压力为　０．３　ＭＰａ～０．５　ＭＰａ，注浆孔喷射混凝土前应以编织袋封口，以免　喷混凝土时堵塞注浆孔。初支背后回填灌浆应分期进行，第１期　在开挖１号，２号洞室以后；第２期在３号，４号洞室完成后；第　３期在５号～７号洞室完成后，第４期仰拱封闭成环完成以后，施　作二次衬砌以前。　４．５洞顶地表处理　隧道洞内施工前应对洞顶地表的冲沟、陷穴、人工洞穴、已探　明的墓穴等及时进行夯填处理，并应完善地表的排水系统。另外　施工过程中对于地表出现的裂缝应及时进行灌浆处理，防止雨水　顺着裂缝下渗。　４．６高速公路路面防护　路面防护主要是尽可能的减少车辆对初支结构的作用力。　具体采取的措施：　１）对车辆进行限速，在隧道穿越高速公路轴线两侧５００　ｍ的　位置设置减速及警示标语，现场安排高速交警２４　ｈ值班，进行强　制限速；　２）对隧道穿越区段实行间断封闭半车道的方式通行车辆。　５经验总结　１）小导管代替大管棚。大管棚施作时由于对围岩的多次扰　动，导致控制沉降的实际作用不大，特别是采用跟管钻进法施工　后管壁没有溢浆孑Ｌ，导管四周存在空腔，虽然最后也要注浆，但由　于塌孔等多种原因导致浆液注的饱满度较差。另外在开挖时大　管棚只不过承受每榀开挖段（０．５　ｍ～０．８　ｍ）的荷载，两头都有嗣　岩支撑，因此采用ｑｂ１５９　ｍｍ的大管棚也是不经济的。可以考虑采　用小导管超前支护及其他辅助措施（如小导管背后背小木板）的　综合应用以提高施工速度，降低造价，这样对工程来说才是最有　益的。小导管开挖后可以立即施作，有效控制了沉降的应力变　化，另外管棚施工周期长影响进度，增加了沉降的时间。　２）纤维锚杆的实际效果较差。纤维锚杆的作用本来是为了　依靠注浆粘合开挖面土体，使锚杆和围岩粘结形成整体受力，但　是在砂质黄土地层，注浆时浆液渗透效果极不理想，与土体粘结　较差。相反纤维锚杆的打设扰动了土体，更容易造成塌方，而且　拉长了工序的作业时问反而不利于控制沉降。　３）中隔壁喷混凝土３５　ｃｍ后，拆除时较为困难，现场作业时　可提前预留“弱点”以利于后续施工。可以在临时钢架与永久钢　架连接处、竖撑与横撑连接处填塞空心砖，空心砖抗压强度大可以　替代喷混凝土，拆除时用钢钎打碎即可，大大地加快了拆除速度。　４）临时支撑的加工弧度设计上与初支仰拱的拱架加工弧度不　第３９卷第３期　２　０　１　３年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．３　Ｊａｎ．２０１３　・１５５・　文章编号：１００９—６８２５（２０１３）０３－０１５５—０３　柱式洞门强度及稳定性验算研究　许才仗　（１．西南交通大学土木工程学院，四川成都蒙国往　潘红桂　６１００３１；２．中铁上海局一公司，安徽芜湖２４１０００）　摘要：结合隧道柱式洞门的特点，详细阐述了柱式洞门强度和稳定性的验算过程，通过验算确定了洞门墙结构的各部分尺寸，以　供工程技术人员参考。　关键词：隧道，柱式洞门，强度，稳定性　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ａ　１所示。　表１洞门设计计算参数　仰坡　坡率　１：０．７５　０　引言　隧道洞门的主要作用在于支挡洞门正面仰坡和路堑边坡，拦　截仰坡上方的小量剥落、掉块，保持仰坡和边坡的稳定。验算洞　门强度时，可将洞门视作挡土墙进行计算；通过验算绕墙趾倾覆　及沿基地滑动的稳定性，以确定洞门墙结构各部分尺寸。　计算摩　擦角ｐ　６０　地层重度　ｋＮ／ｍ３　２４　基底摩擦　系数＿厂　Ｏ，５　基底控制　压应力／ＭＰａ　Ｏ．５　１）验算端墙时取柱子外侧０．５　ｍ宽度条带（条带Ｉ），取其中　在计算柱式洞门时，应先验算洞门端墙的稳定性和强度，按　心线与边坡交点，延伸至端墙顶部作为计算高度，按挡土墙验算　主动土压力的挡土墙来计算，以此确定端墙尺寸。随后验算柱子　其强度及稳定性，从而确定端墙的尺寸和截面厚度。　的强度和稳定性，从而确定柱子尺寸。　２）验算柱子强度及稳定性时取柱子宽度作为条带宽度（条带　永寿梁隧道横穿于陕西永寿、彬县两县，全长１７．１６　ｋｍ，隧道　Ⅱ宽１．５　ｍ），按挡土墙验算其强度及稳定性，从而确定柱子的尺　出口Ｉ，Ⅱ线洞门采用分设方式，Ｉ线隧道洞门采用柱式洞门，里　寸和截面厚度。　程位于ＤＫ１１２＋７６５处，由于Ｉ线出口处地形狭窄，故采用柱式洞　２洞门土压力计算　门形式。该隧道柱式洞门采用等厚直墙，洞口仰坡坡脚至洞门墙　背后的水平距离为２　ｍ，洞门墙顶高出仰坡坡脚０．８　ｍ，水沟底下　填土夯实，洞门基底埋人岩石地基的深度为１．２５　ｍ。洞门设计参　数见表１，洞门材料选用Ｃ３０混凝土，重度ｙ　＝２３　ｋＮ／ｍ　，容许压　应力［ｏｒ］＝１１．２　ＭＰａ。　２．１检算条带Ｉ　端墙计算高度取Ｈ＝９．４８　ｍ，洞门后填土高度Ｈ　＝８．６８　ｍ，　端墙厚度Ｂ＝１．１　ｍ，洞门墙背距仰坡坡角距离ａ＝２　ｍ，由图２三　角关系易得ｈ。＝３．０７７　ｍ。　２．１．１　土压力计算　１）侧压力系数Ａ的计算。　已知：ｔａｎ　＝０．１；ｔａｎ　＝１．７３２；ｔａｎ　＝１．３３３。　１　洞门验算图　洞门为柱式洞门，端墙厚度为１．１　ｍ，柱子厚度为１．５　ｍ，如图　！　±！　！　旦量二　【　±　：　）（！　二　量）【　±　！（！＝！　！璺翌点）一　一　：ｔａｎ￣（１＋ｔａｎ　）一ｔａｎｇｏ（１一ｔａｎａｔａｎｓ）　１．７３２　＋０．１×１．３３３一、／，ｆ１＋１．７３２　）ｆ１．７３２—１．３３３）（１．７３２＋０．１）（１—０．１×１．３３３　１．３３３×（１＋１．７３２　）一１．７３２×（１—０．１×１．３３３）　０．４０２　４　（１）　式中：　——最危险破裂面与垂直面之间的夹角；　同，现场作业时，可将临时支撑的加工弧度调整为仰拱的拱架加　回收利用。　——围岩计算摩擦角，（。）；　６）设计上要求１号距３号的距离为１０　ｍ，３号距５号的距离　调整后通过对量测数据进行分析，我们发现１号，３号步距拉近对　工弧度，这样临时钢架拆下后可用于仰拱之中，便于临时钢架的　为１０　ｍ，现场实际作业时，将１号与３号的距离拉近至２　ｍ，步距　３号步距拉近后，整个断面的成环时　５）合理划分各洞室的断面大小及钢架节点位置是加快施工　地表的沉降影响极小，１号，ｄ～１０　ｄ时间，反而大大地减小了最终沉落量。　进度的有效途径。１号，３号洞室由于作业空间的原因不能采用　间可以提前８　机械开挖，因此应尽量减小１号，３号洞室的开挖断面，适当增大　参考文献：　２号，４号洞室的开挖断面，以利于加快施工进度。　［１］　杨建民．阌乡隧道施工图设计［ｚ］．　Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｔｕｎｎｅｌ　ｕｎｄｅｒｐａｓｓ　ｈｉｇｈｗａｙ　ＱＩＡＯ　Ｄｏｎｇ　（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　３ｒｄ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｇｒｏｕｐ　５ｔｈ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｉｄ，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ　０３０６００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　Ｚｈｅｎｇ－Ｘｉ　ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｒａｉｌｗａｙ　ｌｉｎｅ　Ｗｅｎｘｉａｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ　ｕｎｄｅｒｐａｓｓ　Ｌｉａｎ—Ｈｕｏ　ｈｉｇｈｗａｙ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ．ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｐｒｅ—　ｌｉｍｉｎａｒｙ　ｓｕｐｐｏ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｌａｗ，ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｓｕｐｐｏ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｔｕｎｎｅｌ　ｕｎｄｅｒｐａｓｓ　ｈｉｇｈｗａｙ，ａｎｄ　ｓｕｍ－　ｍａｒｉｚｅｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｅｆｅｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｓｏｍｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｌｏｗ　ｔｕｎｎｅｌ，ｕｎｄｅｒｐａｓｓ　ｈｉｇｈｗａｙ，ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｓｕｐｐｏａ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　收稿日期：２０１２—１１＿２４　作者简介：许才仗（１９８４一），男，在读硕士，助理工程师；蒙国往（１９８７一），男，在读硕士；潘红桂（１９８３一），男，在读硕士，助理工程师