软岩隧道施工方法综合比选研究

软岩隧道施工方法综合比选研究

张元坤

中铁十一局集团第二工程有限公司湖北十堰442013

摘要：以西藏地区国道318整治改造工程觉巴山隧道为依托，基于FLAC3D数值分析软件对双侧壁导坑法、CRD法、环形开挖临时仰拱法和环形开挖预留核心土的施工过程，计算分析了隧道开挖中的位移、围岩应力及二衬应力发展情况。分析表明：Ⅳ级以上浅埋软岩隧道且对于地表沉降有严格控制要求时，双侧壁导坑法或CRD法比较适宜；对于地表沉降没有严格控制要求时，可采用环形开挖临时仰拱法，该法开挖步骤少，施工体系转换灵活，能及时控制拱顶沉降和变形，也可采用环形开挖预留核心土法，但应加强监测，变形过大时应及时转换施工方法，增加临时仰拱。

关键词：浅埋软岩隧道；施工方法；数值模拟

引言：

软岩隧道容易发生大变形、塌方冒顶或边仰坡垮塌等事故，软岩隧道工程的施工研究已经引起了国内外众多工程人员和学者的关注。当前针对软岩隧道较常用的施工方法有双侧壁导坑法、CRD法、环形开挖临时仰拱法和环形开挖预留核心土法等[3,4]。在具体隧道工程施工前有必要对施工过程的结构受力进行分析，选择合理的施工方法，避免造成重大经济损失和发生安全事故。

1工程概况

国道318线川藏公路（成都至拉萨）觉巴山路段是横断山区的著名险段之一，为改善此路段通行条件设置觉巴山隧道。觉巴山隧道主洞为单洞两车道双向行驶隧道，全长6995m，最大埋深811.44m。出口围岩为中风化板岩，属较软岩，岩体较破碎，节理较发育，呈薄层状，围岩级别为Ⅴ级。洞身围岩为Ⅳ~Ⅴ级围岩。

2浅埋隧道软弱围岩施工方法

（1）双侧壁导坑法

双侧壁导坑法，即隧道大断面因中隔壁而形成三个小断面。现场具体施工时，对称的左、右导洞先施工，中断面随后再施工。初支加仰拱封闭成环，去临时支撑并形成全断面。地表沉降控制效果好是该方法的突出优势。

（2）CRD法

CRD法即带临时仰拱的中壁墙法。施工中，隧道断面中部设置中隔墙，通过断面分块，减小施工跨度及高度并局部开挖、局域成环，步步封闭，环环相扣，形成全断面初期支护封闭结构。

（3）环形开挖临时仰拱法

环形开挖临时仰拱法采用拱部弧型导坑施工，并在上台阶底部设临时仰拱。上台阶开挖即封闭，并预留核心土保证掌子面稳定。施工时，先拱部弧形掏槽，核心土待拱部施工一定距离再随即开挖，再辅以临时仰拱和临时竖向支撑；待临时支护完成一定距离后，开始施工台阶下部，台阶下部分左侧导洞、中间核心土、右侧导洞三部分，左、右侧导洞分层施工；导洞施工一定距离后，拆除临时支护，开挖台阶下部核心土，浇筑仰拱，进行衬砌施工，完成一个施工循环。

（4）环形开挖预留核心土法

环形开挖预留核心土即在上、下台阶开挖时预留核心土，可增加掌子面的稳定性，但取消了临时仰拱，使其变形控制能力被削弱。该方法比较灵活，在围岩地质条件差，变形较大的情况下，能灵活的增加临时仰拱，提高变形控制能力。

3计算模型

模型参数采用地勘资料、设计文件和规范、文献资料相结合的方法确定。

表1数值模拟参数表

依据数值模拟结果结合工程经验分析可知：双侧壁导坑法的突出优势是控制地表沉降和施工安全性，但其施工工序复杂，施工管理难度大；导坑场地狭窄，限制了大型机械的使用；工作效率低，施工进度缓慢；需要大量临时支护，造价高。与双侧壁导坑法相比，CRD法施工变形控制能力相对较弱，但施工进度相对较快，资源配置相对较少，造价也对较低。环形开挖临时仰拱法将全断面划分为两个台阶进行开挖，并在上台阶底部设置临时仰拱，形成临时封闭环，改善初期支护的受力状况，防止初期支护破坏，并能及时有效的控制拱顶和地表沉降。掌子面核心土也保证了稳定性。其工序简单，施工技术难度低；台阶划分较少，干扰少，效率高，进度快；二衬紧跟，为确保洞室稳定提供强有力的支护。

结语：通过前述研究，给出如下软岩施工技术建议：对于地表沉降有严格控制要求的情况下，应采用双侧壁导坑法或CRD法；对于地表沉降没有严格控制要求时，可采用环形开挖临时仰拱法，该法开挖步骤少，施工体系转换灵活，能及时控制拱顶沉降和变形，也可采用环形开挖预留核心土法，但应加强监测，变形过大时应及时转换施工方法，增加临时仰拱。

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