變截面大跨度隧道快速施工技術(shù)分析論文
摘要：在隧道的建設發(fā)展過(guò)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(guò)程中的總體施工方案，包括施工關(guān)鍵技術(shù)、施工內容，其中詳細介紹了二次襯砌施工工藝流程，實(shí)踐表明，二次襯砌施工使得毛蓬崗隧道在施工工期內順利建成，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(jià)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(zhù)鐵路建設的不斷發(fā)展和建設標準的提高，高速鐵路和客運專(zhuān)線(xiàn)的修建對現場(chǎng)施工技術(shù)和建設規模提出了更高的要求，由于鐵路交叉、上跨等因素影響，隧道設計演變出多種形式，其中單洞單線(xiàn)合并為大跨度單洞雙線(xiàn)段支護形式多、開(kāi)挖難度大、變截面較多等因素影響到整個(gè)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(gè)隧道貫通節點(diǎn)工期起到非常重要的作用。
1隧道分類(lèi)簡(jiǎn)介
隧道按照開(kāi)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(huì )ITA給出的隧道換段面積的大小來(lái)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(shí)是變截面的隧道施工技術(shù)，包含了開(kāi)挖方式、支護方式、建設過(guò)程等等。
2工程概況
毛蓬崗隧道單、雙線(xiàn)全長(cháng)9883m，隧道大跨段起止里程為DK31+200～DK32+065，總長(cháng)度865m，施工方向是自大里程向小里程施工，此段共8個(gè)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(kāi)挖工作難度系數和危險系數較大，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(mǎn)足施工過(guò)程中的各項技術(shù)要求，從而保證整個(gè)隧道施工貫通節點(diǎn)工期，建設高質(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(kāi)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(diǎn)：①利用兩套軟件根據實(shí)際的工程地質(zhì)情況分別建立詳細的三維分析模型，模擬開(kāi)挖和支護過(guò)程，準確有效地計算沉降變形，確保施工安全。最后將數值分析結果結合實(shí)際監控量測結果，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(kāi)挖、支護施工對監控量測及沉降影響的預測方法。②利用應變測量技術(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(dòng)態(tài)施工提供依據。③根據模擬分析和實(shí)測數據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施工內容
�、俦O控量測分析系統的建立及使用。毛蓬崗隧道大跨段變截面較多，地質(zhì)較復雜，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見(jiàn)的不穩定因素。利用MIDAS/FEA和ADINA有限元軟件對大跨段隧道施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)開(kāi)挖及沉降的數值模擬。建立三維空間模型，考慮復雜的地質(zhì)情況，模擬開(kāi)挖過(guò)程以及支護結構的有效性，計算沉降大小以及其影響。根據有效數據，為下步施工進(jìn)度提供可靠依據。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(kāi)挖、支護施工對監控量測及沉降影響的預測方法，根據隧道開(kāi)挖、支護、襯砌不同的施工階段，建立安全控制指標和控制標準及評估與控制體系，形成大跨隧道施工基于監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(shí)，根據建立的風(fēng)險評估體系，需建立相應的監督機制，以確保該體系在隧道施工整個(gè)過(guò)程中的有效運用。③應變測量分析。建立大跨段隧道施工監控量測和沉降變形的觀(guān)測系統。對沉降變形的觀(guān)測系統的建立要結合數值分析進(jìn)行，在不同工序施工及轉換的時(shí)候考慮其對監控量測數值的影響。對大跨段初期支護鋼架受力系統分析采用埋設應變片的方式，通過(guò)實(shí)測應力分布變化和結合模擬軟件分析，給大跨隧道施工支護提供一定的參考依據。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(kāi)二次襯砌的跟進(jìn)。根據鐵道部120號紅頭文件和隧道施工安全九條規定的要求，針對軟弱圍巖嚴格控制安全步距。大跨度隧道開(kāi)挖斷面大，且斷面尺寸復雜多變，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?jì)热�。二次襯砌施工前，應當進(jìn)行初期支護的驗收工作，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。應當確保隧道中線(xiàn)、標高、斷面尺寸以及凈空大小的準確性，同時(shí)還應當在保證隧道監控量測符合相關(guān)規定的條件下開(kāi)展二次襯砌；在放樣過(guò)程中，可以對襯砌輪廓進(jìn)行適當的擴大，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。防排水施工應當嚴格遵循“防、排、截、堵相結合，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(chē)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留出鋼筋進(jìn)行焊接固定，并通過(guò)加設混凝土墊塊，來(lái)保證混凝土保護層的厚度。第四，襯砌臺車(chē)定位。完成襯砌臺車(chē)的拼裝，并且驗收合格后再進(jìn)行洞內定位。臺車(chē)定位可以分為初步定位、精確校正定位兩步。前者通常通過(guò)拱頂標高、拱腳標高以及中線(xiàn)3點(diǎn)確定。第五，二襯混凝土施工。該環(huán)節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護等工序。
4施工進(jìn)展情況
目前已完成了監控量測分析系統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)較復雜、隧道淺埋地段較長(cháng)，隧道施工過(guò)程中不可避免的會(huì )遇到各種各樣復雜的地層，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(dòng)態(tài)開(kāi)挖及沉降的數值模擬。建立三維空間模型，考慮復雜的地質(zhì)情況，模擬開(kāi)挖過(guò)程以及支護結構的有效性，計算沉降大小以及其影響。結合超前地質(zhì)預報數據，建立了監控量測分析系統，根據有效數據，為下步施工進(jìn)度提供可靠依據。②利用監測數據，科研小組對大跨段的開(kāi)挖、出渣、支護、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蛔償嗝鎽每v橫導洞法施工，采用這種方式可以較好地實(shí)現隧道標準斷面到大斷面的突變，達到工程的預期目標。并且可以有效地縮短工程工期、降低工程造價(jià)、施工難度也會(huì )有明顯的降低，這些特點(diǎn)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(lèi)工程中也可以大力推廣。②扁平大斷面隧道開(kāi)挖后，會(huì )造成隧道巖體內部空間的壓力分布不均勻，隨著(zhù)對隧道開(kāi)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(huì )產(chǎn)生較大的松弛地壓，從而造成拱頂范圍的土體不穩定，因此，在施工過(guò)程中，需要加強超前支護措施，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(guò)程中由于采取了正確的開(kāi)挖方式、有效的支護手段和小導管注漿固結圍巖及有利的安全保障措施，順利度過(guò)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)主和監理單位的一致好評。
6結語(yǔ)
通過(guò)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(guò)程中發(fā)現了工程的復雜性、變化性和多樣性，在工程前期需要進(jìn)行詳細、縝密的勘察工作，針對后期可能出現的任何問(wèn)題與變量都要充分的考慮情況，否則很可能隨著(zhù)工程的開(kāi)展使得問(wèn)題擴大化，同時(shí)，在針對變截面和地勢變化情況較為復雜的地段施工時(shí)，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(guò)程中的阻力。今后，在隧道施工方面還有許多的實(shí)踐研究工作需要加強，尤其是在施工工藝的操作細則和標準以及新技術(shù)、新方法、新設備和新工藝的結合方面。
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