涌水大跨分岔式隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

　　[摘要]以陽(yáng)安二線直通線包灣村隧道工程為背景，介紹了一套完整的分岔大跨隧道施工技術(shù)，對(duì)開挖方法確定、分岔段及漸變段施工等關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過對(duì)加寬斷面處數(shù)值模擬，分析了加寬斷面開挖時(shí)的隧道圍巖變形、襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布。實(shí)踐表明：斷面加寬處斷面面積突然增大，施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)區(qū)域增大，應(yīng)力釋放過程加快，釋放的圍巖壓力增加，導(dǎo)致累計(jì)變形量增大，襯砌受力增大;對(duì)于分岔大跨度，在環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件差的情況下采取適當(dāng)?shù)牡貙蛹庸檀胧�，不同斷面的合理漸變、超大斷面的合理分塊、保留臨時(shí)支撐施作二次襯砌等技術(shù)是切實(shí)有效的。

　　[關(guān)鍵詞]隧道工程;分岔大跨;加寬斷面;數(shù)值模擬;二次襯砌

　　0引言

　　隨著“一帶一路”政策的不斷實(shí)施，西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展進(jìn)入了高速發(fā)展的新時(shí)期，促進(jìn)了鐵路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，穿越山嶺的隧道日益增多，使得各種新工藝、新技術(shù)、新方法在鐵路隧道建設(shè)過程中不斷涌現(xiàn)，給傳統(tǒng)的鐵路建設(shè)工程人員和設(shè)計(jì)人員帶來了諸多挑戰(zhàn)，大跨分岔式隧道作為近年來新出現(xiàn)的一種隧道結(jié)構(gòu)形式，其工程建設(shè)案例、受力特性分析和施工技術(shù)總結(jié)尚處于經(jīng)驗(yàn)積累階段，國(guó)內(nèi)外尚未有相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范可供參考，因此對(duì)于大跨分離式隧道施工關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累顯得至關(guān)重要。

　　分岔隧道作為一種特殊的隧道布置形式，通過在隧道內(nèi)設(shè)置分岔口，在較短的距離內(nèi)由大跨隧道、連拱隧道、小凈距隧道，逐步過渡到一般分離式隧道，最終平面上呈現(xiàn)“Y”型分岔結(jié)構(gòu)形式。鐵路分岔隧道是在地形地質(zhì)條件極其復(fù)雜的山區(qū)，為了滿足設(shè)計(jì)施工造價(jià)等要求而發(fā)展出來的一種新型隧道結(jié)構(gòu)形式，與傳統(tǒng)的雙向獨(dú)立式隧道相比，在節(jié)約投資、滿足特殊功能需求等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。在以往的隧道修建過程中，主要采用雙洞分離式施工方案，我國(guó)在此方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，毋庸贅述。

　　隨著鐵路交通事業(yè)的改造升級(jí)，在地形和地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)，由于橋隧連接，線形布置，征地拆遷和工程造價(jià)等原因，雙洞分離式方案往往受到較大限制。此時(shí)小凈距隧道、連拱隧道、分岔隧道成為重要的可選方案。目前對(duì)于分岔式隧道研究大部分學(xué)者聚焦于連拱隧道、小凈距隧道和大跨度隧道的穩(wěn)定性，而僅有少部分學(xué)者對(duì)分岔式隧道施工參數(shù)及施工關(guān)鍵技術(shù)做出較為詳細(xì)的說明，為此，本文以陽(yáng)安二線直通線包灣村隧道工程某分岔施工技術(shù)為工程背景，在設(shè)計(jì)、施工總結(jié)了一套較為完整的分岔式隧道施工關(guān)鍵技術(shù)，以期為類似工程提供參考。

　　1工程背景與特點(diǎn)

　　1.1工程概況

　　陽(yáng)安二線直通線包灣村隧道位于陜西省安康市轄區(qū)漢江右岸大巴山低山區(qū)，平均海拔410～960m，洞身地表起伏較大，地表自然坡度30°～50°，地表植被茂密，洞身發(fā)育眾多沖溝，溝內(nèi)主要為粉質(zhì)黏土及膨脹土。隧道起始里程為XDK232+880，屬大嶺鋪至安康東聯(lián)絡(luò)線，為兩個(gè)喇叭口隧道，上行直通線(右線)隧道出口里程為XDyK236+717，下行貨車線隧道出口里程為XHK236+950。

　　隧道為1雙線3單線結(jié)構(gòu)，洞內(nèi)分為直通線(雙線)、下行貨車線(單線)、下行客車線(預(yù)留單線)——左線、上行直通線(單線)——右線。雙線長(zhǎng)2145m，變斷面段長(zhǎng)435m，單線長(zhǎng)3099m，斜井長(zhǎng)201m，隧道全長(zhǎng)5679m。其中,第1個(gè)喇叭口斷面由雙線經(jīng)過6次斷面加寬轉(zhuǎn)換為2個(gè)單線斷面;第2個(gè)喇叭口斷面由單線經(jīng)過3次斷面加寬轉(zhuǎn)換為2個(gè)單線斷面。

　　1.2工程地質(zhì)條件

　　隧道地層為第四系全新統(tǒng)洪積膨脹土，坡積粉質(zhì)黏土、細(xì)角礫土、上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、膨脹土、粉土、粗圓礫土、中更新統(tǒng)沖積膨脹土;下伏基巖為志留系下統(tǒng)片巖，緊鄰南秦嶺活動(dòng)帶，正處秦嶺峰腰構(gòu)造南端，呈近東西向分布。受多次構(gòu)造活動(dòng)的影響，其內(nèi)部組成與構(gòu)造變形十分復(fù)雜。隧道區(qū)的地下水主要為基巖裂隙水，賦存于巖體節(jié)理、裂隙及斷層破碎帶中，富水性差異較大，在巖體較完整地段，富水性較差;在巖體破碎帶、節(jié)理密集及斷層破碎帶，富水性較好。

　　2工程重難點(diǎn)

　　1)分岔隧道小凈距內(nèi)涉及分離段、小凈距段、連拱段和大拱段，隧道結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、工序轉(zhuǎn)換頻繁導(dǎo)致分岔隧道各接頭處施工難度大。2)連拱隧道施工工藝復(fù)雜，施工技術(shù)要求高，易造成隧道開裂現(xiàn)象，施工質(zhì)量要求高。3)隧道斷面從114.03m2逐漸過渡到201.28m2，涌水大斷面喇叭口支護(hù)難度大。

　　3施工技術(shù)要點(diǎn)

　　3.1施工工藝流程

　　第1個(gè)喇叭口斷面由雙線經(jīng)過6次斷面加寬轉(zhuǎn)換為2個(gè)單線斷面;第2個(gè)喇叭口斷面由單線經(jīng)過3次斷面加寬轉(zhuǎn)變?yōu)?個(gè)單線斷面。斜井施工完畢進(jìn)入第2個(gè)喇叭口，進(jìn)行交叉口第一次洞室轉(zhuǎn)換后雙向進(jìn)行正洞施工。大里程端變斷面施工完畢，在兩單線間采用中導(dǎo)洞、澆筑中隔墻法施工，完成下行客車線和下行貨車線38m的小凈距段施工，小凈距最窄處為0.84m，最寬處為3.6m。

　　小里程單線施工至第一個(gè)喇叭口處，采用臨時(shí)導(dǎo)洞法，從單、雙交界處斜交10%的坡度，完成單線至大跨段正洞的挑頂工作，使單線進(jìn)入雙線正常斷面，隨后反向擴(kuò)挖完成單線斜交進(jìn)入雙線斷面段落的正洞擴(kuò)挖工作。最后采用控爆完成上行直通線與下行直通線120m的小凈距段施工。

　　3.2開挖施工

　　3.2.1開挖方法的確定

　　隧道施工過程為在地層中進(jìn)行隧道開挖→對(duì)開挖空間進(jìn)行支護(hù)→襯砌以維持開挖面的穩(wěn)定→澆筑永久襯砌結(jié)構(gòu)。新奧法作為目前常見的隧道施工方法，根據(jù)開挖斷面尺寸劃分為全斷面開挖法、臺(tái)階開挖法、分部開挖法3種施工方法。

　　4加寬斷面受力及變形分析

　　斷面加寬處斷面面積突然增大，施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)區(qū)域增大，應(yīng)力釋放過程加快，釋放的圍巖壓力增加，導(dǎo)致圍巖累計(jì)變形量增大，襯砌受力增大，即斷面加寬處為危險(xiǎn)截面。通過有限元軟件MIDAS/NX建立有限元二維模型，模擬分析加寬斷面開挖時(shí)的隧道圍巖變形、襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布。以典型斷面XDK235+220和XDzK235+788斷面為例分析洞室開挖過程中隧道圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變形狀態(tài)。

　　隧道論文投稿刊物：《隧道建設(shè)》雜志是隧道及地下工程領(lǐng)域?qū)嵺`性很強(qiáng)的技術(shù)類科技期刊。1981年創(chuàng)刊，由中鐵隧道集團(tuán)主管，中鐵隧道集團(tuán)科研所主辦，為國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行刊物，國(guó)際統(tǒng)一刊號(hào)ISSN 1672-741X，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)CN 41-1355/U，自2013年改為月刊。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　1)以陽(yáng)安二線直通線包灣村隧道工程為背景，根據(jù)工程地質(zhì)水文等條件，分析全斷面法、分步開挖法和臺(tái)階開挖法對(duì)大跨分岔式隧道的適應(yīng)性，最終確定了三臺(tái)階開挖的隧道開挖方案，并對(duì)三臺(tái)階開挖方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，可為類似工程提供參考。

　　2)通過對(duì)加寬斷面處數(shù)值模擬，分析了加寬斷面開挖時(shí)的隧道圍巖變形、襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，同時(shí)結(jié)合實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：斷面加寬處斷面面積突然增大，施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)區(qū)域增大，應(yīng)力釋放過程加快，釋放的圍巖壓力增加，圍巖累計(jì)變形量增大，襯砌受力增大;采用合理的斷邊漸變結(jié)構(gòu)、超大斷面的合理分塊、保留臨時(shí)支撐施作二次襯砌等技術(shù)是保持隧道穩(wěn)定性的有效措施。

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　　作者：黃國(guó)濤

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