變截面大跨度隧道快速施工技術(shù)分析論文

　　摘要：在隧道的建設(shè)發(fā)展過程中，隧道快速施工已經(jīng)成為主要的趨勢。本文以毛蓬崗隧道施工工程為例，介紹了變截面大跨度隧道施工過程中的總體施工方案，包括施工關(guān)鍵技術(shù)、施工內(nèi)容，其中詳細(xì)介紹了二次襯砌施工工藝流程，實踐表明，二次襯砌施工使得毛蓬崗隧道在施工工期內(nèi)順利建成，這種施工技術(shù)不僅能夠提高施工效率，還具有明顯的經(jīng)濟效益，對變截面大跨度隧道的快速施工提供較高的參考價值，值得推廣。

　　關(guān)鍵詞：變截面；大跨度；隧道；快速施工技術(shù)

　　引言

　　隨著鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，高速鐵路和客運專線的修建對現(xiàn)場施工技術(shù)和建設(shè)規(guī)模提出了更高的要求，由于鐵路交叉、上跨等因素影響，隧道設(shè)計演變出多種形式，其中單洞單線合并為大跨度單洞雙線段支護(hù)形式多、開挖難度大、變截面較多等因素影響到整個隧道的施工進(jìn)度，因此，研究大跨隧道快速施工技術(shù)對整個隧道貫通節(jié)點工期起到非常重要的作用。

　　1隧道分類簡介

　　隧道按照開挖的深度不同可以分為小跨度隧道、中跨度隧道、大跨度隧道和特大跨度隧道，按照國際隧道協(xié)會ITA給出的隧道換段面積的大小來劃分隧道主要有以下幾種：①極小斷面隧道，橫斷面積為2-3平方米。②小斷面隧道，橫斷面積為3-10平方米。③中等斷面隧道，橫斷面積為10-50平方米。④大斷面隧道，橫斷面積為50-100平方米。⑤特大斷面隧道，橫斷面積為大于100平方米。本文的研究對象是大跨度隧道同時是變截面的隧道施工技術(shù)，包含了開挖方式、支護(hù)方式、建設(shè)過程等等。

　　2工程概況

　　毛蓬崗隧道單、雙線全長9883m，隧道大跨段起止里程為DK31+200～DK32+065，總長度865m，施工方向是自大里程向小里程施工，此段共8個變截面，加寬寬度1.0m～6.6m，由于需要施工的隧道截面變化頻繁、施工跨度逐漸變大，針對隧道的開挖工作難度系數(shù)和危險系數(shù)較大，增加了大跨段的施工難度，研究大跨段快速施工技術(shù)可以提高大跨段施工各道工序的施工效率，滿足施工過程中的各項技術(shù)要求，從而保證整個隧道施工貫通節(jié)點工期，建設(shè)高質(zhì)量的隧道工程。

　　3總體施工方案

　　3.1施工關(guān)鍵技術(shù)

　　在上述工程中開展變截面大跨度隧道快速施工技術(shù)研究，其關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾點：①利用兩套軟件根據(jù)實際的工程地質(zhì)情況分別建立詳細(xì)的三維分析模型，模擬開挖和支護(hù)過程，準(zhǔn)確有效地計算沉降變形，確保施工安全。最后將數(shù)值分析結(jié)果結(jié)合實際監(jiān)控量測結(jié)果，建立大跨度隧道工程施工安全等級判別方法和評估體系，建立大跨隧道開挖、支護(hù)施工對監(jiān)控量測及沉降影響的預(yù)測方法。②利用應(yīng)變測量技術(shù)針對型鋼鋼架不同施工階段受力情況進(jìn)行分析，為保證隧道施工安全和動態(tài)施工提供依據(jù)。③根據(jù)模擬分析和實測數(shù)據(jù)選擇合適的施工工法，提高施工效率。④變跨段二次襯砌快速施工技術(shù)。

　　3.2施工內(nèi)容

　�、俦O(jiān)控量測分析系統(tǒng)的建立及使用。毛蓬崗隧道大跨段變截面較多，地質(zhì)較復(fù)雜，隧道淺埋等地質(zhì)條件，給變截面大跨度隧道快速施工帶了很多不可預(yù)見的不穩(wěn)定因素。利用MIDAS/FEA和ADINA有限元軟件對大跨段隧道施工進(jìn)行動態(tài)開挖及沉降的數(shù)值模擬。建立三維空間模型，考慮復(fù)雜的地質(zhì)情況，模擬開挖過程以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效性，計算沉降大小以及其影響。根據(jù)有效數(shù)據(jù)，為下步施工進(jìn)度提供可靠依據(jù)。②變截面隧道施工方案優(yōu)化。為了保證大斷面隧道自身的施工安全，需要建立大跨度隧道工程施工安全等級判別方法和評估體系，建立大跨隧道開挖、支護(hù)施工對監(jiān)控量測及沉降影響的預(yù)測方法，根據(jù)隧道開挖、支護(hù)、襯砌不同的施工階段，建立安全控制指標(biāo)和控制標(biāo)準(zhǔn)及評估與控制體系，形成大跨隧道施工基于監(jiān)控量測的施工控制措施。從而，對變截面隧道施工方案進(jìn)行優(yōu)化是保證隧道安全施工的前提。同時，根據(jù)建立的風(fēng)險評估體系，需建立相應(yīng)的監(jiān)督機制，以確保該體系在隧道施工整個過程中的有效運用。③應(yīng)變測量分析。建立大跨段隧道施工監(jiān)控量測和沉降變形的觀測系統(tǒng)。對沉降變形的觀測系統(tǒng)的建立要結(jié)合數(shù)值分析進(jìn)行，在不同工序施工及轉(zhuǎn)換的時候考慮其對監(jiān)控量測數(shù)值的影響。對大跨段初期支護(hù)鋼架受力系統(tǒng)分析采用埋設(shè)應(yīng)變片的方式，通過實測應(yīng)力分布變化和結(jié)合模擬軟件分析，給大跨隧道施工支護(hù)提供一定的參考依據(jù)。④變跨二次襯砌快速施工技術(shù)研究。大跨隧道快速施工離不開二次襯砌的跟進(jìn)。根據(jù)鐵道部120號紅頭文件和隧道施工安全九條規(guī)定的要求，針對軟弱圍巖嚴(yán)格控制安全步距。大跨度隧道開挖斷面大，且斷面尺寸復(fù)雜多變，如何能快速高效，保證安全和質(zhì)量的前提下加快二次襯砌施工進(jìn)度，保證隧道安全步距的要求也是一項重要研究內(nèi)容。二次襯砌施工前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行初期支護(hù)的驗收工作，主要包含以下幾項：錨桿拉拔力檢測試驗、初期支護(hù)混凝土取芯檢查、初支混凝土背后孔洞掃描以及初支斷面尺寸掃描及監(jiān)控測控制情況等等。待驗收合格后，再按照圖1所示的流程進(jìn)行二次襯砌施工。第一，工程測量控制。應(yīng)當(dāng)確保隧道中線、標(biāo)高、斷面尺寸以及凈空大小的準(zhǔn)確性，同時還應(yīng)當(dāng)在保證隧道監(jiān)控量測符合相關(guān)規(guī)定的條件下開展二次襯砌；在放樣過程中，可以對襯砌輪廓進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U大，但是需要保證襯砌不能進(jìn)入隧道建筑界限。第二，防排水施工。防排水施工應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，建立完善的防排體系。第三，鋼筋工程。采用防水板臺車進(jìn)行二次襯砌鋼筋施工，固定鋼筋頂部可以先進(jìn)行試拼，自下而上在底部仰拱處預(yù)留出鋼筋進(jìn)行焊接固定，并通過加設(shè)混凝土墊塊，來保證混凝土保護(hù)層的厚度。第四，襯砌臺車定位。完成襯砌臺車的拼裝，并且驗收合格后再進(jìn)行洞內(nèi)定位。臺車定位可以分為初步定位、精確校正定位兩步。前者通常通過拱頂標(biāo)高、拱腳標(biāo)高以及中線3點確定。第五，二襯混凝土施工。該環(huán)節(jié)主要包含混凝土拌和、混凝土運輸、混凝土澆筑、混凝土振搗、二次襯砌混凝土拆模養(yǎng)護(hù)等工序。

　　4施工進(jìn)展情況

　　目前已完成了監(jiān)控量測分析系統(tǒng)的建立和施工方案的優(yōu)化。工作進(jìn)展情況如下：①毛蓬崗隧道大跨段地質(zhì)較復(fù)雜、隧道淺埋地段較長，隧道施工過程中不可避免的會遇到各種各樣復(fù)雜的地層，隧道施工方法各不相同。為確保作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全，在進(jìn)入隧道施工前對其進(jìn)行有效探測，可防范和規(guī)避風(fēng)險。為保證在安全的前提下加快變截面大跨度隧道施工，利用MIDAS/FEA和ADINA有限元軟件對大跨段隧道施工進(jìn)行動態(tài)開挖及沉降的數(shù)值模擬。建立三維空間模型，考慮復(fù)雜的地質(zhì)情況，模擬開挖過程以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效性，計算沉降大小以及其影響。結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報數(shù)據(jù)，建立了監(jiān)控量測分析系統(tǒng)，根據(jù)有效數(shù)據(jù)，為下步施工進(jìn)度提供可靠依據(jù)。②利用監(jiān)測數(shù)據(jù)，科研小組對大跨段的開挖、出渣、支護(hù)、襯砌等工序進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，完成了施工方案的優(yōu)化工作。

　　5施工效果

　�、賹ν蛔償嗝鎽�(yīng)用縱橫導(dǎo)洞法施工，采用這種方式可以較好地實現(xiàn)隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面到大斷面的突變，達(dá)到工程的預(yù)期目標(biāo)。并且可以有效地縮短工程工期、降低工程造價、施工難度也會有明顯的降低，這些特點都比隧道變由小到大的漸變面方案優(yōu)異許多，在今后的同類工程中也可以大力推廣。②扁平大斷面隧道開挖后，會造成隧道巖體內(nèi)部空間的壓力分布不均勻，隨著對隧道開挖深度和高度的增加，要求產(chǎn)生的拱作用發(fā)揮作用變小，截面會產(chǎn)生較大的松弛地壓，從而造成拱頂范圍的土體不穩(wěn)定，因此，在施工過程中，需要加強超前支護(hù)措施，堅持“先支后掘”的原則，從而有效地保證施工安全。③變截面大跨度隧道在施工過程中由于采取了正確的開挖方式、有效的支護(hù)手段和小導(dǎo)管注漿固結(jié)圍巖及有利的安全保障措施，順利度過了大跨段施工階段，確保了工程質(zhì)量和施工進(jìn)度，受到了業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評。

　　6結(jié)語

　　通過針對變截面大跨度隧道快速施工這一課題的研究，在研究過程中發(fā)現(xiàn)了工程的復(fù)雜性、變化性和多樣性，在工程前期需要進(jìn)行詳細(xì)、縝密的勘察工作，針對后期可能出現(xiàn)的任何問題與變量都要充分的考慮情況，否則很可能隨著工程的開展使得問題擴大化，同時，在針對變截面和地勢變化情況較為復(fù)雜的地段施工時，要充分地利用好信息技術(shù)建模，對井下巖體環(huán)境做到全面掌握，提高施工質(zhì)量，降低施工過程中的阻力。今后，在隧道施工方面還有許多的實踐研究工作需要加強，尤其是在施工工藝的操作細(xì)則和標(biāo)準(zhǔn)以及新技術(shù)、新方法、新設(shè)備和新工藝的結(jié)合方面。

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