隧道动态分部施工工法力学原理与施工技术

'Q!QQ：12ChinaNewTechnologiesandProducts工程技术隧道动态分部施工工法力学原理与施工技术袁伟强(中铁十九局第三工程有限公司，辽宁辽阳l1looo)摘要：隧道工程，针对其埋深浅、跨度大、地质条件复杂、安全风险高、工期紧等特点，从实际的地层及隧道洞口处在深基坑内，采用双侧壁导坑法进洞非常困难，从拱部进洞较容易的情况出发，提出了从拱部进洞的隧道动态分部施工工法，并对该工法的理论基础、力学特性、施工要点、监测技术等问题进行了详细而系统的探讨。关键词：复合地层；大断面隧道；动态分部施工；工法研究；监测技术1基本概念定、优质、快速的可控状态。适用于超浅埋大岩较硬时，采用动态分部施工施工工法，隧道1．1上软下硬复合地层跨隧道不均匀风化地层及从侧壁进洞困难的中台阶可不设中隔墙，此时，隧道的开挖方法不同的形成时代，不同的地质作用等因地段。用中隔墙将在上台阶分成左右两部分。具体素均使得地层在岩性、结构、变质程度等方面3动态分部施工工法力学原理施工工序如下：①开挖1部台阶，初喷砼封闭存在着巨大的差别，在工程上表现为高度地3．1大断面隧道的施工力学特性掌子面。施作1部洞身结构的初期支护和临非均质性，也就是说，严格意义上的各向同性目前，国内外对于大断面隧道的施工力时支护，安设锁脚锚杆，锁脚锚杆要求与钢架均质地层在自然界是不存在的。对于隧道工学特性进行了较多的研究，归纳起来，大断面用钢筋焊接。②跟进开挖支护2部，步骤同1程而言，在开挖断面范围内和开挖延伸方向隧道施工力学特性主要表现在以下几个方部。③开挖3部，安装钢架，钻设锚杆，锚杆要上，往往存在两种或两种以上不同地层组成面：求焊接在钢架上。喷射混凝土至设计厚度。了隧道的赋存环境。通常可把这些岩土力学、3．1．I大跨隧道由于宽度加大，而高度基④开挖4部，及时封闭初期支护。工程地质和水文地质等特征相差悬殊的组合本保持不变，因此，形成一个扁平的拱形结4．1．2中台阶设临时中隔墙地层，定义为复合地层。复合地层的组合方式构，其在力学分析上可近似看作椭圆。当隧道上、中台阶围岩软弱的时，隧道的也是非常复杂多样的，但总的来说有以下两3．1．2由于跨度加大，使得开挖引起的应开挖方法用中隔墙将上、中台阶分成左右4类：力重分布趋于不利。如果围岩的单轴抗压强部分。具体施工工序如下①开挖1部台阶，初1．1．1在垂直方向上不同地层的组合度比重分布的应力小，隧道周边围岩将出现喷砼封闭掌子面，施作I部洞身结构的初期最典型的垂直方向上的复合地层就是所塑性区，为此，需要强大的支护结构来控制变支护和临时支护，安设锁脚锚杆，锁脚锚杆要谓的上软下硬地层。即隧道断面上部是松软形。求与钢架用钢筋焊接。②跟进开挖支护2部，土层，而下部是坚硬的岩石地层或者上部是3．I-3隧道在开挖过程中应力集中程度步骤同1部。③开挖支护3部，步骤同I部。软岩地层而下部是硬岩层或者在硬岩层中夹大，是普通隧道的1．5—2倍，隧道墙脚处应力④开挖支护4部，步骤同1部。⑤开挖支护5软岩层或者在岩石地层中夹破碎带、溶洞等。集巾过大，要求围岩具有较高的地基承载力。部，及时封闭初期支护。1．1．2在水平方向上不同地层组合3．1．4拱顶稳定性降低，施工过程中易坍4．2动态分部施工工法要点在一个施工阶段当中，可能分布着不同塌。采用动态分部台阶法施工，中台阶及下时代、不同岩性、不同风化程度或不同层序的3．1．5会产生较大的松弛地压。开挖宽度台阶中隔墙根据地质及监控量测情况适当加地层，也可能同一种岩层，但风化程度有很大和开挖高度越大，要求产生拱作用的埋深越设。上台阶左侧先行，右侧滞后左侧，中台阶差异，从而表现出水平方向上工程地质性质大，在埋深小时，拱作用不能发挥时，就会产跟进。上台阶为土质时采用人工开挖预留核的差异。生很大的松弛地压，因此，对大断面隧道而心土，均采用人工出碴。1．2大断面隧道言，会产生较大的松弛荷载。4．2．1108管棚超前预加固(进洞时)随着我国交通事业的飞速发展以及西部3．I．6支护结构的承载力相对较小。跨度隧道拱部内采取加密的超前108长管大开发战略的逐步实施，交通运输基础设施越大，扁平形状的拱形支护结构的承载力也棚，注浆材料采用水泥浆或水泥一水玻璃双建设又进入了一个新的大发展时期，环境保小。液浆。护对交通运输的要求使得隧道必将越建越3．2动态分部施工工法的力学机理4．2．2加强初期支护多，而且隧道也越建越长，隧道断面也越来越3．2．1椭圆形洞室围岩应力分布按照“强支护”施工理念，为减少隧道变形引大。由于大断面隧道跨度较大，结构将承受较从判断隧道围岩稳定性的观点出发，只起地表下沉，并保障施工安全，该地段主洞初大的围岩压力、受力条件较为复杂，加施工期要找到洞室周边极值点处的应力大小，看其期支护喷射混凝土厚度由25cm提高至间诸多工序的相互影响、围岩的多次扰动以是否超过岩体的强度即可判断其稳定程度。28cm，钢架由120a工字钢改为122工字钢，及支护衬砌相互之间的非同步施工等诸多因从研究圆形断面洞室周边应力知道，椭圆形临时仰拱采用120工字钢，喷射混凝土厚素，故极易发生围岩失稳和隧道衬砌结构开洞室周边应力的两个应力极值仍然在水平轴25cm；中隔墙采用122工字钢，喷射混凝土厚裂与破坏现象。因此，开展大断面隧道的施工和垂直轴上。22cm。并加设锁脚锚管，每钢架下加设8根。法研究也一直是业内人士的焦点。3．3．2动态分部施工工法的力学机理4．2．3洞身开挖2动态分部施工工法的提出及特点通常，浅埋隧道的侧压系数K小于1，由上台阶左侧先行，右侧滞后左侧，设置直软弱地层中隧道开挖施工方法常用的有于使用功能要求以及其本身的特点和工程造中隔墙，临时仰拱根据底板地质情况增设，中双侧壁导坑法、CD法(中隔壁法)、CRD法(交价等因素的控制，大跨隧道一般做成扁平状，台阶及下台阶跟进，中台阶中隔墙及临时仰叉中隔壁法)等。CD法主要应用于双线隧道为了便于分析可近似地看成椭圆形，从理论拱根据围岩情况增设。上台阶为土质时采用级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道级围力学原理看，动态分部施工工法是有利于隧人工开挖预留核心土，均采用人工出碴；中下岩地段。CRD法主要应用于Iv级围岩深埋道施工稳定的。台阶出现岩层，需进行爆破时采用弱爆破，避软质岩、浅埋、偏压地段以及v级围岩深埋地4动态分部施工工法施工工艺及操作要免损坏初期支护，控制爆破速度不超过并按段。双侧壁导坑法虽然能够应用于v级匍岩点设计埋设注浆小导管，开挖完成后及时喷硅浅埋、偏压及洞口段，但其为先开挖隧道两侧4．1动态分部施工工法工况封闭，每循环开挖进尺0．5m(即钢架间距)。仰的导坑，并进行初期支护，再分部开挖剩余部动态分部开挖工法根据隧道的跨度、开拱及时跟进，仰拱支护每2—3m施工一次，仰分的方法。挖面范围内地层分布特征及围岩的稳定程度拱衬砌5m一次。此方法工序干扰少，操作简单、安全可可以分为巾台阶设中隔墙和不没中隔墙两种5结语靠，适合中、大型机械进行施工，施工进度大情况。从复合地层和大断面隧道的基本概念出大加快，并且临时支护少，投人经济少，降低4．1．1中台阶不设中隔墙发，分别阐述了隧道上软下硬地层与大断面了工程造价。能保证施工全过程处于安全、稳当隧道上台阶围岩软弱，而中下台阶围隧道施工力学行为的基本特点，提出了动态一56一中国新技术新产品 工程技术ChinaNeWTechnologiesandProducts●嵋囵■‘团枷■圜譬■图■阉幽■■-叠■宁海凫溪流域“9216"．"9219”台风暴雨洪水比较分析吕吉法(宁海县水文站，浙江宁波315609)摘要：通过比较分析两次台风对宁海凫溪流域所造成的暴雨洪水影响，找出山溪性河流洪水受流域内暴雨影响特点，为该流域的防汛提供可靠的科学依据=关键词：台风；暴雨；洪水；特性l流域概况分布集中：涨陡落、峰顶持续时间短，洪家塔站两次水位过宁海凫溪流域地处浙江省东部沿海，台风2．2降雨时间分布分析程线。，孑F最大3日降雨发生前，两次起涨水位洪涝灾害频繁发生，流域主干河凫溪源H{宁海对凫溪流域两次台风流域平均雨量时问分不同，“9216”比“9219”高出0．58米，分别为2．63县深圳镇马岙第一尖东麓，海拔945米，主流长布进行列表比较，“9216”台风最大3日流域平和2．05；在达到最高水位“9216”却比“9219”低28公里，流经孔家、大里、深圳、洪家塔、杨梅岭均降雨H程分配见表1，“9219”台风最大3日流0．85米，分别为5．71和6．56。水库，折北经凫溪村流入铁港出海。其上游是宁域平均降雨日程分配表2；凫溪流域流历时从过程线形状来看“9216”水位过程出现双海的暴雨中心，也是浙东的暴雨巾心之～。该流一般在2个小时左右，选用单位时段为2小时，峰、矮胖型，后峰比前峰高，而“9219”水位过程域属副热带季风气候，降雨在季节上变化显著，“92l6”台风最大1日流域平均降雨时间分布见足典型的单峰、尖瘦型。这主要是由于“92l6”台暴雨特性也随着季节而有显著的不同。按流域表3，“9219”台风最大1日流域平均降雨时间分风降雨过程后两天分配较均匀，从而形成了双气候变化特点，确定每年的4月16日至6月l5布见表4、峰，义由于最大时段雨量不大，峰不是很高；日左右为舂汛期，6月16日至7月15日左右为表3凫溪流域“9216”台风最大1日流域“9219”风降雨主要集中在第三天，从而形成梅汛期，7月16日至10月15日为台汛期本流平均降雨时段统计表了单峰，义由于其最大时段降雨量较大，使得最域的暴雨洪水多发牛5～10月，尤以7～1O月时艘高水位相对很大。琦目2—4一8～l0】一。：的台风暴雨为甚。从洪峰流量来看，较大的洪水{24n4综合分析主要由台Jx【暴雨造成，受台风影响时暴雨强度焉量唧{·144206Z04344雨量4．1最高水位分析*配(％)l12ltⅡ．大，历时长，危害性大、从最大3目降水总量比较来看，“9216”台时段s{风比“9219”台风大。从时间分布来看，“9216”台流域内设有里岙、里加坑、大蔡、深圳4个项目l一1414—1l一18】一020—22：t4基本雨量站，距河口8公里处设有径流站洪家风降水集中在后两天，“9219”集中在第三天。从塔水文站，距河口3公里处建有杨梅岭水库：凫焉星nI】1最大1日雨量来看，“9216”比“9219”大一些。但溪流域面积为183平方公里，其中杨梅岭水库配％104出现的最高水位，“9219”却比“9216”高出很多。控制流域面积176平方公里，洪家塔水文站控表4凫溪流域“92l9”台风最大1日流域平均对降雨过程进一步细化，从最大1日雨量时间制流域面积151平方公哩流域内为土石山区，降雨时段统计表分布来看，“9216”台风时间分布比较均匀，而森林茂密，植被良好；但地形起伏很大，Ih陡流l时段『“9219”台风时间分布比较集中，而且形成最高急，洪水暴涨暴落，10分钟内水位涨幅呵达2米∞目l；—r■：1—2_4l}—4—lrl8_10l}】0。1Iz洪水位的时段降雨量“9219”台风比“9216”台风多。fi量tmnl4j3sJ5。l8C,l43ll9sI大。由于凫溪是山溪性河流，流域面积小，河段2降雨过程分析_=t『旦比降大，汇流历时较短，凫溪水位陡涨陡落，短21降雨特点历时暴雨对其影响最大，所以最高洪水位目1141fJ．i一1Rl1一]1rn—lrd1一‘1992年8月26日，位丁台湾东而洋丽七I8l9l1CJ11l12l“9219”比“9216”高一些。热带低压逐渐加强后，形成T“9216”号热带风—两1一——I__{i{■■i—百『1—_i4_2对防洪影响分析暴，由于云系范同大，影响面广，从8月29日至㈨I．cfuIll0J0Jf“9216”台风降雨量大，其洪水总量也较大，8月31日存宁海凫溪流域普降大到暴雨到特大山表1可看出“9216”台风流域平均过程降持续高水位的时问较长，这给沿河两岸防洪及暴雨。这次过程降水的特点是降雨面广、量大，水集中孑F天中的后两天，而且后两天降水量下游水库的调度是不利的。“9219”洪水是单峰降雨时间分布比较均匀。相差不是很大，其中最大日降雨量发生在第三型，陡涨陡落，洪峰水位高，洪峰流量大，短时间“9219”台风]二9月21日开始影响溪流天由表2可看出“9219”台风流域一日最大过会给河段两岸及下游水库泄洪带来更大的压域，9月21日至9月24日普降大到暴雨，特别程降水发生在第三天，占日降水总量的j3是9月22日、23日两天，流域内降特大暴雨这77．8％。比较两次台Jx【过程降水，降水总量5结语次过程降水的特点足降雨而广、量大，降雨时间“9216”比“9219”大，从两次风流域降水时间凫溪属于典型的山溪性河流，其特点是陡分布来看，_=日内日过程降水都呈递增型分布，涨陡落，短历时暴雨对其最为不利，一方面会发表1凫溪流域“9216”台风最大3日流域平均这种降雨分布都会造成凫溪大洪水，对防洪极生大洪水，水位上涨迅速，洪峰流量很大，流量降雨时间分析表为不利。测验难度大，对下游水库调度带来很大的困难。从表3、表4町看出，“92l6”台风各时段降另外，由于汇流历时较短，河段洪水预报困难，雨占最大一日降雨比重较大的几个时段分布比可以考虑用简单化的降雨径流结合经验进行洪较分散，而“92l9”台风却相对比较集中，而且比水预报，在水库调度方面，要特别注意一旦雨型重较大的几个时段降雨呈递增型分布。时段最时间分布比较均匀，出现多峰的可能性就会增表2凫溪流域“9219”台风最大3日流域平均大降雨量“9219”白风比“9216”台风大一些。大，应提前做好水库连续防洪和连续调度，以便降雨时间分析表3凫溪洪家塔站水位比较水库安全度汛凫溪在两次台强降雨影响下，都出现了参考文献高水位，特别是“9219”俞风影响下，凫溪洪家塔⋯1宁海县水利志站现厂仪次于“1988．7．30”历史最高洪水位『21宁海县1992年水文资料(6．98米)，达656水：两次洪水过程特点郁是陡分部施工T法的基本慨念，行根据椭圆形隧依据，最后就其主要施工T艺及措施进行了路隧道支护方案的优化研究⋯．土木工程学道受力机制和轴变理论分析r其学原理，具体介。报．2008．从理论上论汪了该法的实施有利于隧道施参考文献【2]付兆岗，李铁翔，蒋勇．北京八达岭隧道冬T的稳定，为陔法的提提供有力的理论【11沈才华，童立元，刘松玉．卵砾石层浅埋公期喷锚支护*E_T-技术铁道建筑技术，2001．中国新技术新产品一57—'