大断面隧道双侧壁导坑法施工横撑装拆时机分析

程伟鸷

【摘 要】以一高速铁路隧道施工为背景,对进口端大断面双侧壁导坑法施工中临时横撑的安装与拆除时机进行数值模拟,分析隧道开挖后支护结构的位移.结果表明:左导洞开挖中台阶后应立即安装临时横撑,在左导洞上台阶开挖36 m时可拆除临时横撑.

【期刊名称】《铁道建筑》 【年(卷),期】2018(058)007 【总页数】3页(P65-67)

【关键词】铁路隧道;双侧壁导坑法;数值模拟;临时横撑;装拆时机 【作 者】程伟鸷

【作者单位】合安高铁股份有限公司,安徽 合肥 230012 【正文语种】中 文 【中图分类】U455.2

双侧壁导坑法又称眼镜工法[1]，在大断面隧道施工中应用较广[2]。双侧壁导坑法是利用2个中隔壁把大断面隧道分成左、中、右3个小断面施工，左、右导坑交错先行，中间断面紧跟其后，初期支护仰拱成环后，拆除两侧导洞临时支撑，形成全断面[3-8]。在软弱围岩大断面隧道采用双侧壁导坑法施工时需设置临时横撑，临时横撑合理、准确的安装与拆除至关重要。本文通过数值模拟分析临时横撑安装

与拆除的合理时机，为正确指导施工提供理论依据。 1 工程概况

一新建高速铁路隧道长约 9 000 m，最大埋深约 1 600 m，属构造剥蚀深切割高中山地貌，沟谷纵横，地形起伏大，地表高程 1 575～3 278 m，相对高差 1 703 m，自然横坡15°～65°，局部为陡壁。洞身穿越活动断裂和软岩大变形段，为极高风险隧道。隧道进口端设有753 m的三线大跨段，隧道最大开挖断面宽22.37 m，高14.39 m，最大开挖断面积为255.4 m2，其中：Ⅴ级围岩段680 m、Ⅳ级围岩段73 m。设计采用双侧壁导坑法施工，三线大跨段隧道施工示意如图1。 图1 双侧壁导坑法施工示意 2 隧道施工数值模拟分析 2.1 参数选取

Ⅴ级浅埋段隧道锁脚锚杆为φ32自进式中空锚杆，长5 m；拱部设8 m长φ76中管棚(环向间距0.4 m/根,纵向间距5 m/环，单根长8 m)+长4.5 m的大插角φ42超前小导管(外插角45°，环向间距0.4 m/根，纵向间距3 m/环，单根长4.5 m)；掌子面喷8 cm厚混凝土；水泥砂浆系统锚杆长4 m，间距1 m×1 m，梅花形布置；φ8钢筋网25 cm×25 cm；临时支撑钢架为I20b。 锚杆物理力学参数见表1,岩土及支护结构参数见表2。

表1 锚杆物理力学参数弹性模量/GPa截面面积/m2外周长/m水泥浆刚度/(N/m2)黏聚力/kPa抗压强度/kN4.51.08×10-30.116 241.75×107200250 表2 岩土及支护结构参数参数弹性模量/GPa泊松比重度/(kN/m3)内摩擦角/(°)黏聚力/MPa围岩0.80.4518.5200.10初支28.00.2223.0等效加固区1.20.3520.0300.65钢支撑2.0×10110.3078.0 2.2 模型的建立

根据圣维南原理和隧道力学中隧道开挖影响范围，忽略边界效应对隧道的影响，运

用ANSYS软件建立模型导入到FLAC 3D中进行计算分析。隧道断面宽22.37 m、高14.39 m，属于超大断面，模型底部距隧道底部26 m，左右两侧距离为3倍的洞径，模型顶部距拱顶40 m，纵向长度取40 m，左右导洞工字钢临时横撑施作的间距为1 m，隧道超前支护通过提高支护区域围岩参数来模拟。 2.3 开挖过程模拟

数值模拟中，第1步初始应力计算，第2步等效加固区加固，第3步至第42步为隧道开挖支护过程。按照“开挖-支护”的方式进行模拟，围岩应力释放按开挖∶支护=4∶6，在模拟的过程中暂时不考虑二次衬砌。隧道开挖进尺为4 m一个循环，先开挖左导洞，左导洞超前右导洞2 m，超前中洞32 m。 2.4 模型测点布置

左、右洞及整个洞室水平收敛变化监测点为测点2-测点3、测点4-测点5及测点2-测点5。具体如图2所示。 图2 位移监测点示意 2.5 模拟工况及对比参数说明

本文模拟计算主要分为临时支撑工字钢施作时机和拆除时机。

模拟临时支撑工字钢施作时机采用以下3个工况：工况1。施工步7，左导洞中台阶开挖后4 m，立即施作临时工字钢支撑。工况2。施工步9，左导洞中台阶开挖8 m后，施作临时工字钢支撑。工况3。施工步11，左导洞中台阶开挖12 m后，施作临时工字钢支撑。

对于临时支撑工字钢拆除时机模拟，在确定最优支护时机的基础上进行，工字钢的拆除以5 m为一个拆除单位，拟用以下3个工况：工况4。施工步15，左导洞上台阶开挖28 m后，依此拆除左导洞Z1～Z5临时工字钢支撑，右导洞临时工字钢支撑的拆除时机落后左导洞5 m。工况5。施工步17，左导洞上台阶开挖32 m后，依此拆除最开始施作的左右临时横支撑。工况6。施工步19，左导洞上台阶

开挖36 m后，依此拆除最开始施作的左右临时横支撑。

由于围岩地质较差，在施工中预计可能出现大的变形，而影响施工的正常进行，本次有关临时工字钢横撑施作与拆除时机的比较仅从位移方面分析。 2.6 计算结果分析

2.6.1 临时工字钢支撑施作时机

临时工字钢支撑施作时隧道变形见图3。可知：随着开挖的进行，隧道拱顶的竖向位移不断地增大，但增大的趋势逐渐减缓；在左导洞上台阶贯通前，导洞的水平收敛不断增大，贯通后，不同工况下其水平收敛又开始减小并有逐渐趋于稳定的趋势；左导洞上台阶贯通是整个水平收敛曲线的拐点；临时横撑的添加时机对拱顶的竖向位移影响不大，对导洞水平收敛影响较大；随着开挖的进行，整个隧道水平收敛逐渐增大，到一定开挖步时趋于稳定；拱顶竖向位移绝对值变化不大，总体上为工况1<工况2<工况3；不同工况下水平收敛变化明显，其中工况1水平收敛最小，工况3水平收敛最大。

图3 临时工字钢支撑施作时隧道变形

综上所述，在开挖完左导洞中台阶后(即上台阶开挖约12 m后)，施作临时工字钢支撑为最佳时机，即开挖左导洞中台阶后应立即施作隧道的临时横撑，确保隧道施工安全。

2.6.2 临时工字钢支撑拆除时机 图4 临时工字钢支撑拆除时隧道变形

临时工字钢支撑拆除时隧道变形见图4。可知:不同时刻拆除临时横撑，随着开挖的进行，隧道拱顶的竖向位移都是不断地增大，但增大的趋势逐渐减缓；在左导洞上台阶贯通前，导洞的水平收敛不断增大，在右导洞上台阶贯通前，不同工况下其水平收敛又开始减小，右导洞上台阶贯通后其值又不断增大并有逐渐趋于稳定的趋势；左导洞上台阶贯通和右导洞上台阶贯通，是整个水平收敛曲线的拐点；临时横

撑的拆除时机对拱顶竖向位移及水平收敛影响不明显；随着开挖支护的进行，整个隧道水平收敛逐渐增大，到一定开挖步时趋于稳定；最终拱顶的竖向位移绝对值变化不大，总体上为工况4>工况5>工况6；水平收敛为工况4>工况5>工况6。 由于隧道纵向长度为40 m，与施工现场有一定的差别，为此仅以左导洞上台阶贯通前的位移情况作比较。由以上分析可知，临时横撑拆除时机为至少保证左导洞上台阶开挖36 m后拆除临时工字钢支撑。 3 结论

1)开挖完左导洞中台阶后(即上台阶开挖约12 m后)，施作临时工字钢支撑为最佳时机，即左导洞开挖中台阶后立即施作临时横撑。

2)临时工字钢横撑施作时机为至少保证左导洞上台阶开挖36 m后拆除临时工字钢支撑。 参考文献

【相关文献】

[1]关宝树.隧道施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2004.

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