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1、软弱土层隧道开挖工法研究罗春(重庆交通大学,重庆400000)摘要:为了研究隧道穿越软弱土层时的开挖工法,结合我壁极易变形。局部洞身段埋深为30m左右,处于上部黄土国某软弱土层隧道施工的案例,采用有限元计算模型模拟了与下部卵石层交界面,由于上部黄土湿陷厚度最大可达隧道采用台阶法、CD法开挖时的围岩变形规律,表明隧道穿１8m,且洞顶可见黄土湿陷穴、坑等,隧道开挖时极易形成冒越软弱土层采用台阶法施工时,隧道拱脚附近的横向位移受顶、坍塌,因此,施工时应注意采取措施。隧道设计横断面如隧道开挖的影响较大,对竖向位移的影响主要在拱部与拱底图１
2、所示。附近处;采用CD法施工时,隧道边墙附近的横向位移受隧道开挖的影响最大,对竖向位移的影响主要在拱部与拱底附近处;在软弱土层中隧道施工时,相对台阶法而言,应考虑采用CD法,并加强支护措施。结论可为有针对性的隧道设计施工提供参考。关键词:软弱土层;台阶法;CD法;围岩变形中图分类号:U455．4文献标志码:B文章编号:１6７2-40１１(20１７)0１-00７8-02DOI:１0．3969/j．issn．１6７2-40１１．20１７．0１．0360前言随着我国经济建设的发展,交通建设的进程也越来越图１隧道横断面图快,隧道也越来越多
3、,隧道开挖所揭示的地质条件更是差异甚大,砂卵石和黄土都是物理力学性质很差的围岩。黄土地2开挖工法研究层具有明显的垂直节理,土质疏松,遇到水的侵蚀后极易湿2．1数值模型及参数的选定陷。对这两种特殊的软弱土地层隧道的修建,所采取的施工工法必须慎重考虑。针对施工工法的研究,国内外已有不少为了比较同一断面采用不同开挖方法时围岩的应力及成果,谢红山[１]论述了在不良地质条件下施工病害的成因,变形情况,选定隧道同一断面分别采用CD法和台阶法,通过同时提出了相应的治理方案,给其他相关的工程病害隧道治二维数值模拟研究。水平方向左、右两侧均取为5B
4、(B为隧理提供参考依据;章新生[2]研究了顺层软弱围岩条件下隧道道跨度),共计１１2m,隧道底部取4B,上部到地面,竖直方向洞口段的施工工艺,提出洞口段地表加固、采用超前管棚、在为95m。所施加的约束条件为水平方向约束和竖直方向[4]顺层软岩中打入自进式注浆锚杆等加固措施;刘彤[3]提出约束。“在偏压条件下,侧壁导坑法优于台阶分部法,侧壁导坑法先单元选取:模型中,围岩、加固区采用平面应变单元,衬浅后深工序优于先深后浅工序”的施工方案。砌结构为梁单元,锚杆采用了杆单元。有限元分析参数见本文在参照上述研究成果的基础上,依托青海东部南山
5、表１。#表１围岩及衬砌计算参数１隧道工程,从隧道在管棚、小导管预支护及无预支护穿越软弱土地层的围岩稳定性变化规律以及对小导管不同管径、弹性模重度γ粘聚力C摩擦角项目泊松比μ量E/GPa-3/MPaΦ/(°)环距、管长、开挖步长等参数条件下进行了探讨研究。/(kN·m)黄土0．30．382１0．045261工程概况卵石0．0450．3220．00642风化砂泥岩20．35200．22７某软弱土层隧道设计路线为双线,隧道断面为三心圆,锚杆2１00．3７７——初步设计为分离式隧道,根据线路调查,隧道穿越地区为砂初期支护(软)2１0．22
6、2——卵石和黄土软弱土地层。整个隧道围岩级别均为Ⅴ级,埋深加固区0．50．3220．452７１0~65．0m,隧道洞身均为砂卵石地层,卵石无胶结-弱胶初期支护(硬)50．222——结,其围岩稳定性较差,开挖时成洞困难,遇水后洞顶以及侧仰拱2１0．222——2．2计算结果分析收稿日期:20１6-１2-05隧道洞周变形与洞周围岩应力是评价隧道围岩稳定性作者简介:罗春(１989-),男,四川德阳人,在读硕士研究生,研究方向:隧道及地下工程。的重要指标,因此,选取隧道在台阶法开挖、CD法开挖所引·７8·起的围岩洞周变形和内力变化特点。导坑
7、开挖支护完成后,位移场趋于均匀分布。CD法开挖隧为了方便分析,取如图2所示监测点。道初期支护完成以后,右边墙处的横向位移最大为32．１34mm,其次为右侧拱脚横向位移值29．255mm,左侧拱脚处的横向位移值为26．１24mm,,说明隧道边墙附近受隧道开挖的影响最大;从主要控制点的竖向位移变化情况来看,拱顶处竖向位移最大,最大值为58．234mm,左侧拱肩处竖向位移值为56．0７5mm小于右侧拱肩处竖向位移值为59．32１mm,左边墙处的竖向位移为39．499mm大于右边墙处的竖向位移为3７．866mm,右拱脚处竖向位移为图2隧道
8、监测点布置示意图52．9１4mm大于左拱脚处竖向位移为42．3７3mm,拱底竖向１)台阶法施工数值模拟结果分析。台阶法所引起隧道位移最大为１03．98mm。围岩位移场变化如图3~4所示,控制点位移变化见表2。表3CD法主要控制点位移表mm控制点１左
