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公路隧道
2010年第1期(总第69期)
新意法在浏阳河隧道施工中的应用
旷文涛漆泰岳周捷李斌
(西南交通大学土木工程学院成都610031)
摘要新意法是一-种能有效控制浅埋大断面隧道核心土变形的设计、施工指导方法;根据自主创新研究开发的
浅埋大断面隧道全断面预加固工法,选取武广客运专线浏阳河隧道施工参数,然后进行数值模拟、模型试验、现场
监控量测反分析,验证隧道施工稳定性。
关键词新意法数值模拟模型试验监控量测
1引言
用I20a钢架,纵向间距0.5m;为了防止洞周围岩松
动破坏,环向打设径向锚杆,锚杆长度4m,间距1.0
新意法リ(NITM)乂称为岩土控制变形分析×1.0m(环X纵)。
( ADECO一RS)施工工法,该工法是通过对隧道工
(2)施作二衬(拱底0.8m,拱顶0.6m
作面超前核心围岩的勘察、量测,预报围岩的应力
(3)掌子面超前加固密度为每12m21根、加固
应变形态,并将围岩划分为A,B,C3种类型,据此长度取为18m(GFRP)锚杆。
以信息化设计支护措施,确保隧道安全穿越复杂地
(4)在施工允许的情况下,开挖进尺应尽可能的
层和实现全断面开挖的一种设计、施工指导方法。
大,选为1.8m。
武广客运专线浏阳河隧道毛洞的最大尺寸为
(5)施设大小管棚。
宽×高=13.48×15m,为浅埋大断面隧道,在整个
工程中占有重要的地位,这就要求必须对其施工.参
数作合理选取。我国现阶段的大断面隧道建设,既
无成熟的教程可执行,又无标准的规范可参照,积累
的施工实践经验又不多,因而自主创新研究开发适
应我国国情的浅埋大断面隧道全断面预加固工法保
证施工稳定性,具有重大的工程实际意义。
针对影响浅埋大断面隧道的多个施工参数,作
者做了新意法在浅埋大断面隧道施工中的应用研
究,基于正交试验原理,共计算了42种工况,得到
各级围岩(按照铁路隧道围岩分级)下的浅埋大断面
隧道最优施工参数建议值(表1),为浅埋大断面隧
图1数值模拟模型
道施工提供参考
2.2验证计算
测阳河隧道过河段施工时,根据表1选取施工
土体参数根据勘察报告中的数据选取,材料为
参数,动态数值模浏阳河隧道施工过程,然后通过弹塑性模型,采用DP屈服准则。运用大型岩土分
相似材料模型试验验证,最后把选定的施工参数用析软件FLAC3D进行分析。模型]宽度100m,上
于指导浏阳河隧道施工,取得了成功。成为新意法至地表,下部取17.42m,模型高度50.15m,纵向取
在中国的首次成功应用。
36m。即宽×高X深= XXZXY=100m×50.15m
2数值模拟
X36m,单元网格数为49920个,节点数为53741
个,模型如图1所示。
2.1施工参数选取
数值模拟时,采用相应的实体单元对初期支护
选取洶阳河隧道施工参数如下:
二衬进行模拟,采用 Cable单元模拟系统锚杆、超前
(1)初期支护参数:喷射25m混凝土;全环采玻璃错杆,通过提高围岩参数模拟大小管棚的作用。
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旷文涛等新意法在浏阳河隧道施工中的应用
同时模拟了整个动态开挖过程。
验证计算结果:掌子面最大纵向位移
24.92mm,拱顶最大位移31.55mm。
3模型试验
3.1试验思路
通过模型试验,研究隧道围岩受力变形规律,
验证隧道施工的稳定性。在试验开挖时,分成两阶
段开挖。第一阶段开挖后,安设支护体系,测试拱
顶、掌子面受力变形。然后挖通隧道,测试間岩的最
图3数据采集系统
终受力变形。待变形稳定后,在地表逐级加载,观察『団出现较大裂纹,不宜继续承载,如图4-5所示。
测试每级荷载下的围岩变形受力,直到支护体系破
坏,得到该种支护体系的安全系数
本实验通过两阶段开挖,研究通过平面应变试验中
掌子面变形代替三维试验掌子面变形的合理性;同时通
过隧道稳定性破坏试验,研究该种支护体系的安全性。
3.2试验方案
选取几何相似比、容重相似比分别为30、1。采
用砂、石膏、石灰按比例配制模型材料,具体配比由
试验得到。通过加载模拟河底水压力。
支护相似材料:使用2mm×14mm铝丝模拟锚
图4拱肩楔形开裂
杆,0.2m×5mm×5mm的金属垫片来模拟垫板,
如图2所示;掌子面超前加固以及隧道轮廓线外超
前加固作用采用提高围岩参数模拟。钢拱架根据刚
度相似原理,与初衬一起考虑,初衬厚度为9mm
由于只是考虑施工过程中该种支护体系的安全性,
符砌内部纵紋
所以二衬在模型试验时不需考虑。
图5拱顶衬砌开裂
3.4试验结果
根据试验得到拱顶最大变形值0.156mm,拱底
最大突起0.074mm,側壁最大侧向位移0.166mm,
掌子面比较稳定,最大变形量0.026mm。
由破坏试验得到隧道支护体系的安全系数为
图2锚杆
测试项目:河洞周收敛位移.地表沉降,地中位移,河4现场量测
周土压力,掌子面位移。数据采集系统如图3所示。
3.3破坏试验
通过现场量测结果来看,掌子面变形量较小
为了研究在该支护下隧道的安全系数,在安全从多点位移计检测情况来看,掌子面突出最大变形
开挖完成之后对模型继绫增加附加荷载,并测量应量为6.76m,一-般为2~4mm。
力和各种位移,直至隧道出现不宜继续承载的变形。
洞内变形也在控制范围内,拱顶下沉量在
加载如表2所示。加载到第10次后,隧道衬砌和周20mm以内,河周收纹也在2mm以内