陳均甫

(廣西長(zhǎng)長(zhǎng)路橋建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530003)

當(dāng)前我國(guó)正處于“十三五”規(guī)劃實(shí)施的緊要關(guān)頭，國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代化各項(xiàng)事業(yè)不斷發(fā)展，在各領(lǐng)域都取得了較為顯著的成績(jī)。以隧道的施工技術(shù)為例，近些年，經(jīng)過(guò)不斷的努力和探索，我國(guó)隧道的施工技術(shù)和管理體系正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的方向邁進(jìn)，并逐步與國(guó)際接軌，很多施工設(shè)備、施工工藝以及管理理念等可比肩歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)際上通用的部分隧道施工標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范由我國(guó)制定，可以說(shuō)在某些隧道施工技術(shù)上，我國(guó)正引領(lǐng)著世界的發(fā)展方向。

隧道連拱施工技術(shù)一直以來(lái)都是巖土道橋領(lǐng)域所重點(diǎn)突破的工程內(nèi)容，由于其施工過(guò)程中的復(fù)雜性和難度，隧道連拱施工技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也是業(yè)內(nèi)的專家和學(xué)者們多年來(lái)研究的重點(diǎn)課題，而對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道連拱施工技術(shù)而言，其中的施工難度以及所遇到的施工瓶頸均超出了以往常規(guī)隧道連拱施工的技術(shù)框架，即一般的隧道連拱施工技術(shù)已不再適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工要求。本文以喀斯特巖溶地質(zhì)環(huán)境為例，詳細(xì)分析了基于此條件下的隧道連拱施工技術(shù)以及在施工過(guò)程中需注意的諸多問(wèn)題，通過(guò)對(duì)隧道連拱施工模型的搭建，進(jìn)一步研究巖溶地質(zhì)條件下隧道連拱施工的穩(wěn)定性，并進(jìn)行工程實(shí)例認(rèn)證。本文所研究的技術(shù)成果對(duì)于國(guó)內(nèi)喀斯特巖溶地質(zhì)條件下的隧道連拱施工具有一定的參考價(jià)值。

1 地質(zhì)條件對(duì)連拱隧道施工的約束性分析

連拱隧道在施工過(guò)程中受現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境及地質(zhì)條件的影響較大，不同的地質(zhì)條件均可對(duì)連拱隧道的施工構(gòu)成相應(yīng)的約束和限制。例如在喀斯特巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)洞施工會(huì)對(duì)隧道基巖、圍巖形變?cè)斐蓢?yán)重影響，而基巖、圍巖的形變又將對(duì)連拱隧道的施工形成特定的約束性[1]。假設(shè)連拱隧道左、右導(dǎo)洞開(kāi)挖1 m，錨噴支護(hù)則滯后1 m，以梅花形來(lái)布置錨桿，將間距固定為1 m，全過(guò)程總共約200步，且每步約300時(shí)步，將中導(dǎo)洞首先貫通，隨后開(kāi)挖支護(hù)測(cè)導(dǎo)洞，當(dāng)支護(hù)測(cè)導(dǎo)洞貫通后再進(jìn)行另一側(cè)導(dǎo)洞的開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程對(duì)基巖、圍巖構(gòu)成的形變影響程度如表1數(shù)據(jù)所示。

表1 開(kāi)挖過(guò)程對(duì)圍巖構(gòu)成的形變影響表

2 巖溶地質(zhì)條件下連拱隧道施工技術(shù)分析

2.1 綜合地質(zhì)預(yù)警技術(shù)

巖溶地質(zhì)條件下的隧道施工應(yīng)充分注意施工現(xiàn)場(chǎng)的天氣及地質(zhì)變化情況，及時(shí)作出綜合預(yù)警響應(yīng)并采取妥善的應(yīng)急措施來(lái)避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生及對(duì)施工人員和隧道本身所造成的影響。綜合地質(zhì)預(yù)警技術(shù)能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件作出精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，通過(guò)先進(jìn)的地質(zhì)勘探、遙感測(cè)繪等技術(shù)，可預(yù)先評(píng)估施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生地質(zhì)變化的程度，有效避免施工事故的發(fā)生，對(duì)于保證施工現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備的安全具有重要意義[2]。典型的綜合地質(zhì)預(yù)警流程如圖1所示。

圖1 綜合地質(zhì)預(yù)警流程圖

2.2 地下水處理技術(shù)

巖溶地質(zhì)環(huán)境中的地下水含量豐富，且地下水位因地表天氣的影響常出現(xiàn)大范圍的波動(dòng)，這對(duì)于此類環(huán)境下的隧道施工來(lái)說(shuō)具有極大的挑戰(zhàn)，施工前所進(jìn)行的地下水勘探與數(shù)據(jù)測(cè)量在實(shí)際的施工過(guò)程中卻發(fā)生了較大的變化，這種情況經(jīng)常發(fā)生。因此，對(duì)施工環(huán)境中的地下水勘測(cè)多數(shù)不具有顯著性的研究意義，應(yīng)采取相應(yīng)的措施對(duì)地下水進(jìn)行處理。遵循“堵防結(jié)合”的地下水主要處理原則，并進(jìn)行注漿封堵來(lái)使圍巖加固，進(jìn)而防止突泥突水，保證施工安全[3-4]。

3 基于巖溶地質(zhì)的連拱隧道施工模型

3.1 穩(wěn)定性施工模型搭建

為詳細(xì)研究巖溶地質(zhì)條件下的連拱隧道施工技術(shù)，在施工前進(jìn)行隧道穩(wěn)定性模型的搭建工作，基于Matlab的連拱隧道施工穩(wěn)定性模型，能夠直觀反映出隧道在實(shí)際施工過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，例如基巖強(qiáng)度和圍巖厚度等部分，基于Matlab的連拱隧道施工穩(wěn)定性模型如圖2所示。

圖2 基于Matlab的連拱隧道施工穩(wěn)定性模型圖

通過(guò)計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)生成的隧道施工穩(wěn)定性仿真模型，將連拱隧道的施工過(guò)程具體細(xì)分為多個(gè)步驟，并直觀地顯示隧道開(kāi)挖的程序，真實(shí)模擬了連拱隧道實(shí)際施工過(guò)程中的各個(gè)階段，以使連拱隧道施工的穩(wěn)定性及安全性均達(dá)到最高級(jí)別[5-6]。但值得注意的問(wèn)題是，基于Matlab的連拱隧道施工穩(wěn)定性模型，僅給出了隧道開(kāi)挖的大體順序，可作為施工前期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件的評(píng)估和參考，而具體情況應(yīng)以工程實(shí)際為準(zhǔn)。

3.2 施工數(shù)值模擬分析

為模擬連拱隧道的入口段在施工全過(guò)程中各部分的受力情況，擬采用基于FLAC差分程序的拉格朗日算法對(duì)入口段隧道施工情況進(jìn)行描述，由《巖溶隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中所定義的各級(jí)圍巖力學(xué)參數(shù)、施工現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)以及由室內(nèi)試驗(yàn)所得到的圍巖力學(xué)參數(shù)等對(duì)入口處隧道圍巖強(qiáng)度進(jìn)行綜合計(jì)算，三維數(shù)值計(jì)算模型如圖3所示。三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，連拱隧道入口段頂部及側(cè)方圍巖抗壓值略小于正常值，應(yīng)在施工中采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧┮苑乐故鹿拾l(fā)生。而底部基巖的抗壓值符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以進(jìn)行中導(dǎo)坑及后續(xù)的施工[7-8]。

圖3 三維數(shù)值計(jì)算模型圖

4 巖溶隧道連拱施工實(shí)例分析

以廣西梧州3#巖溶隧道為例，將所提出的連拱隧道施工穩(wěn)定性模型應(yīng)用到此隧道的主洞施工中。施工前分別選取左、右主洞掌子面錯(cuò)距，均設(shè)定為20 m，通過(guò)隧道不同的開(kāi)挖順序來(lái)判斷圍巖穩(wěn)定性。在主洞施工過(guò)程中，應(yīng)首先開(kāi)挖淺埋側(cè)主洞，并對(duì)深埋側(cè)主洞支護(hù)參數(shù)進(jìn)行跟蹤，及時(shí)跟進(jìn)錨噴支護(hù)，可有效防止巖體位移大范圍偏離。不同錯(cuò)距對(duì)隧道巖體的穩(wěn)定性影響如表2所示。

表2 不同錯(cuò)距對(duì)隧道巖體的穩(wěn)定性影響表

通過(guò)表2可知，先開(kāi)挖淺埋側(cè)主洞相比于深埋側(cè)而言具有較大的優(yōu)勢(shì)，將各側(cè)的主洞掌子面錯(cuò)距0.75D(15 m)、D(20 m)、1.25D(25 m)進(jìn)行比對(duì)分析后可知，在支護(hù)參數(shù)及錯(cuò)距相同的情況下，施工對(duì)周圍巖體的影響程度不大，在不同支護(hù)參數(shù)及錯(cuò)距情況下，各部位的巖體形變程度亦不明顯，因此，所提出的基于巖溶地質(zhì)的連拱隧道穩(wěn)定性施工模型在圍巖形變及基巖隆起等控制方面均具有一定的效果[9-11]。

5 結(jié)語(yǔ)

不同的地質(zhì)條件對(duì)連拱隧道的施工都會(huì)構(gòu)成一定的限制及約束性條件，在施工前應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行充分地勘探和調(diào)研，獲取真實(shí)、有用的測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保證隧道在施工過(guò)程中及竣工后的安全性和穩(wěn)定性。綜合地質(zhì)預(yù)警技術(shù)以及地下水處理技術(shù)均可在施工前不同程度上降低施工過(guò)程中的安全隱患，因此應(yīng)充分重視施工前的所有準(zhǔn)備工作。所搭建的基于巖溶地質(zhì)條件的連拱隧道施工穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型，能夠比較直觀反映隧道巖體較為薄弱的部分，提醒施工技術(shù)人員在具體的施工中加以把握。嚴(yán)格意義上來(lái)講，所搭建的基于Matlab的連拱隧道施工穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型包括施工數(shù)值模擬計(jì)算部分，但本文將三維數(shù)值計(jì)算模型單獨(dú)作為一部分來(lái)闡述，目的是為了區(qū)分三維數(shù)值計(jì)算模型與施工穩(wěn)定性模型的不同作用，且二者所用算法也不盡相同，三維數(shù)值計(jì)算模型是基于FLAC差分程序的拉格朗日算法，而隧道施工穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型是基于Matlab程序。最后通過(guò)廣西梧州3#巖溶隧道的工程實(shí)例驗(yàn)證，證明了本文所提出的基于巖溶地質(zhì)條件的連拱隧道穩(wěn)定性施工模型的正確性與可行性。

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