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1、公路2009年11月第11期HIGHWAYNov2009No11文章编号:0451-0712(2009)11-0237-04中图分类号:U4554文献标识码:A佛岭长大隧道洞口段施工方案优化研究1123方昱,方惠钦,刘保国,张志刚(1安徽省高速公路总公司合肥市230001;2北京交通大学土木工程学院北京市100044;3中交公路规划设计院有限公司北京市100088)摘要:绩黄高速佛岭长大隧道洞口段存在埋深
2、浅、围岩自稳能力差的特点,采用FLAC3D程序对拟定的预留核心土法、CD法、中隔壁法(CRD)和单侧壁导坑法、双侧导坑法,进行了施工过程的三维数值模拟。以不同方法施工过程中的围岩变形、塑性区体积和支护材料用量作为考察指标,经过技术和经济综合比选,最终确定采用单侧壁导坑法为最优工法,为佛岭隧道洞口施工提供了指导。关键词:长大隧道;洞口施工;数值模拟;方案比选隧道洞口的安全,关系到隧道能否顺利进洞并置,隧道入口处坡向朝北,山坡自然坡度约20,上安全施工,是隧道施工的重要环节。目前,对隧道洞覆角砾土层厚约0
3、5~20m,洞门岩石为砂岩与泥口开挖引起的边坡变形、应力场和位移场的重分布岩岩组,洞门以后夹薄层花岗闪长岩。隧道右线绩及边坡稳定性研究已经取得一些成果。隧道施工是溪端右线洞口位于山谷斜坡坡脚位置,隧道入口处一个复杂的岩体反复加卸载过程,不同施工方法,施坡向朝北,山坡自然坡度约30~40,上覆角砾土层工过程也是不相同的,因而,必将给围岩带来不同的厚约05~20m,下伏基岩为砂岩。尽管砂岩为厚力学效应。尤其是浅埋隧道洞口,一般受强烈地质层状,但节理裂隙发育,岩石较破碎,强度较低,隧道风化作用,围岩大
4、多软弱破碎,此时,应谨慎选择施入口处上部13m围岩纵波速度Vp=750~工方法以尽量减少隧道开挖引起的围岩变形,最大1700m/s,13m以下围岩纵波速度Vp=2500~限度地减小对围岩的扰动。但同时,也要考虑施工4000m/s,围岩为V级,因此成洞条件较差,围岩方法的可操作性和经济性,在保证施工安全和工程易产生坍塌、冒顶。质量的前提下,尽可能降低工程造价和缩短工期也是洞口施工方案选择必须面临的问题。结合绩黄高2施工方法比选速佛岭长大隧道洞口段施工,采用三维数值模拟技从隧道围岩力学响应和技术经济两个角度,
5、进术,对常用工法对进口段洞口稳定性的影响规律,结行施工方案的比选,并着眼于确保施工安全和节省合技术经济分析,最终提出佛岭隧道洞口段最为安工程造价,为工程提供建议的施工方法和支护参数。全可靠与经济合理的施工方法,其成果对类似工程21计算模型有良好的借鉴作用。计算中,采用三维地层结构模型,为便于对比,5种工法均采用相同尺寸、地层参数、计算参数以及相1工程概况同边界约束条件的计算模型。佛岭隧道设计为双车道分离式隧道,左线长模型水平方向长度130m;模型垂直方向从隧3904m,右线长3704m,该隧道洞口段左
6、、右线平底到底部边界取30m;纵向长度取90m范围;上部均中心间距仅为39m,右线隧道比左线隧道晚进为模拟地表起伏的自由边界;模型左、右、前、后和下洞30m。部边界均施加法向约束,地表不受任何约束,见图1佛岭隧道左线绩溪端洞口位于山谷斜坡坡脚位所示。基金项目:科技部863计划!资助课题;安徽省交通厅通达计划!资助课题收稿日期:2009-03-22∃238∃公路2009年第11期表2不同工法数值模型单元数目预留核单侧壁双侧壁工法
7、CD法CRD法心土法导坑法导坑法单元数量6204073624736246136861368时开挖。另外,隧道施工时支护总是滞后开挖一段时间。每开挖步进尺为1m,锚喷支护滞后1m,锚杆以梅花形布置。各种工法的模拟工序见图2所示。图1计算模型22计算参数采用三维计算分析,围岩材料采用摩尔-库仑模型,喷射混凝土采用弹性材料。锚杆采用25mm中空注浆锚杆,L=40m,间距为75cm∀100cm;隧道初期支护采用25cm厚的喷射C20早强混凝土。计算中采用的力学参数见表1。钢拱架的作用采用等效方法予以考虑,
8、即将钢拱架弹性模量折算给混凝土,计算方法为:Sg∀EgE=E0+(1)Sc表1#级围岩物理力学参数容重弹性模量黏聚力内摩擦类别泊松比kN/m3GPaMPa角/()围岩180150401525C20混凝土25105025--式中:E为折算后混凝土的弹性模量;Eo为原混凝土的弹性模量;Sg为钢拱架截面积;Eg为钢材的弹性模量;Sc为混凝土截面积。23数值模拟3D采用岩土工程软件FLAC进行
