无中导洞连拱隧道设计施工技术探讨

无中导洞连拱隧道 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 技术探讨 无中导洞连拱隧道设计施工技术探讨 公路交通技术2012年2月第1期TechnologyofHighwayandTransportFeb.2012No.1 无中导洞连拱隧道设计施工技术探讨 陈力华 (招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067) 摘要:分析目前连拱隧道设计,施工中容易出现的质量及安全问题,提出对连拱隧道施工工艺的改进措施——无 中导洞连拱隧道施工工艺,通过有限元计算将传统施工工艺与该改进工艺进行对比,结果表明,在各种计算参数相 同的情况下,采用改进工艺位移变化值更小,其为更合理的施工工艺.建议在有条件的山岭隧道中对该工艺进行深 入研究与现场试验,以为我国连拱隧道建设积累宝贵经验. 关键词:连拱隧道;中隔墙;中导洞;施工技术 文章编号:1009—6477(2012)01—0094—05中图分类号:U459.2文献标识码:B ProbeintoDesignandConstructionTechniquesfor Multi—archTunnelswithoutMiddleDriffs CHENLihua 目前,公路连拱隧道因其占地少,有利于路线穿 越不良地形,开挖量小,对环境破坏小等诸多优点越 来越受到设计和建设单位的青睐,在公路工程中得 到广泛应用?. 虽然连拱隧道有很多不可替代的优点,但也存 在一些缺陷,导致工程界对采用连拱隧道还有一些 争议.从目前国内已建成的连拱隧道工程看,施工 中常常不同程度地出现了围岩坍塌,衬砌产生大面 积裂缝,衬砌接头处严重渗漏水等问题,且随着连拱 隧道工程的增多,新问题也不断涌现,许多方面仍待 优化,完善和改进. 针对以上问题,国内许多学者对连拱隧道设计, 施工和监控方面进行过大量研究,但这些研究 主要是针对现行规范设定的连拱隧道结构形式来进 行的,而目前连拱隧道结构形式是否合理,还有待隧 道建设者考虑.笔者认为,传统连拱隧道结构形式 复杂,施工步骤繁琐,存在安全隐患的步骤较多,导 致隧道施工进度慢,运营过程中病害严重.本文将 简要分析传统工艺存在的问题,提出更安全,经济, 合理的施工设计方法. 1连拱隧道施工流程比选 1.1传统工艺 传统连拱隧道施工主要按照以下几个步序进 基金项目:广东省交通运输厅重大工程科技项目(2008—29) 收稿日期:2011—06—21 作者简介:陈力华(1982一),男,四川省广元市人,在读博士,工程师 行,如图1所示. 第1步:开挖中导洞;第2步:中导洞支护;第3 步:全隧道中导洞贯通后修建中隔墙;第4步:中隔 墙墙背回填;第5步:开挖及支护先行主洞(根据围 岩情况选取开挖方式);第6步:先行洞2次衬砌 (与后行洞掌子面保持一定的距离);第7步:开挖 及支护后行主洞;第8步:后行主洞2次衬砌(施工 完成). 传统施工方法的不利因素如下: 1)中隔墙与中导洞顶部衬砌不密贴,中隔墙基 本在中导洞应力完全释放的条件下施工,最终导致 松散土体范围较大.这些土体都是作为荷载作用于 衬砌上,未能充分发挥围岩的自稳能力,对隧道受力 不利. 2)开挖一侧主洞时,土体夯击不够密实,木楔 没有紧塞,在主洞拱架推力的作用下可能导致中隔 墙失稳.在夯填土石和钢管紧塞过程中,施工作业 空间狭小,施工质量难以得到保证. 3)中隔墙顶部与中导洞支护之间一般难以达 到回填密实要求,若施工中未对该位置的土体采取 有效堵水措施,则后期运营过程中最容易出现漏水 等现象.图2为京珠高速公路五龙岭隧道漏水情 况,这种现象在其他隧道中也非常普遍. 2012年第1期陈力华:无中导洞连拱隧道设计施工技术探讨95 (1)(2)(3) (6)(7)(8 注:图中数字代表一个断面内的分部开挖顺序,下同. 图1连拱隧道传统施工步序 图2京珠高速公路五龙岭隧道中隔墙位置漏水 4)施工中临时支护费用高,特别是中导洞修建 时大量临时支护最终被拆除,存在一定程度的浪费. 1.2优化 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 针对传统连拱隧道施工工艺出现的施工质量和 安全问题,提出改进工艺,即无中导洞连拱隧道设计 施工技术.优化工艺主要采取2种施工方案,见图3. 1.2.1方案1主要施工步 第1步:采取分布开挖方式将中导洞和先行主 洞开挖,并完成初期支护的施工;第2步:中隔墙与 (1)(2)(3) (a)优化方案1 (6) (b)优化方案2 图3无中导洞连拱隧道施工方案 (_] 公路交通技术2012血 先行主洞2次衬砌1次浇筑完成(与后行主洞掌子 面保持一定距离);第3步:后行主洞的开挖和支护; 第4步:后行主洞2次衬砌(施工完成). 1.2.2方案2主要施工步 第1步:开挖中导洞及主洞的一部分并支护;第 2步:施作中隔墙;第3步:开挖并支护先行主洞;第 4步:拆除临时支护;第5步:先行主洞2次衬砌浇 筑完成(与后行主洞掌子面保持一定距离);第6 步:后行主洞的开挖及支护;第7步:后行主洞2次 衬砌(施工完成). 从图3中可以看出,无中导洞连拱隧道设计施 工技术主要有以下优点: 1)中导洞和一侧主洞一起开挖和支护,可减少 施工步,提高施工进度;整个施工过程中不存在明显 的薄弱环节,施工安全性得到提高. 2)省工,省料,如中导洞的支护材料,浇筑中隔 墙的模板材料,中隔墙墙背回填材料,若采用这种工 艺则更为经济. 3)中隔墙顶部与围岩能密贴,可避免大范围的 松动土体,施工质量容易得到保证. 4)方案2相对于方案1的改进主要体现在中 导洞先行浇筑上,采取这种方式可使先行主洞开挖 断面减小,对施工过程中先行洞衬砌结构的受力比 较有利,但施工组织相对麻烦,实际工程中可根据围 岩情况选取其中一种开挖方式.若围岩条件较好, 建议选用方案1;反之,选用方案2. 2无中导洞连拱隧道结构数值模拟分析 以上主要定性分析了无中导洞连拱隧道设计施 工技术在施工组织上的优越性,下面将通过有限元 计算模型的计算结果来说明受力方面哪种更优. 图4为有限元计算模型,其中(a)为按照传统 施工方法建模的隧道,为曲墙隧道;(b)为按照改进 后的2种方法建模的隧道,为直墙隧道.整个隧道 模型埋深30IIl,距离左右边界90.5II1,距离下边界 20m.采用3节点三角形单元进行划分,2次衬砌 及中隔墙采用弹性模型.计算参数如表1所示. 图5,7为连拱隧道分别按照传统的开挖方式, 优化方案1,优化方案2施工得到的有限元计算结 果.将这些结果进行汇总(表2)可以发现,采用优 化方案2变形及位移值最小,其为较安全的施工方 案. 计算结果中,传统方案的2次衬砌及中隔墙的 第一主应力值最大,因为采用曲墙的断面结构形式, 可减少中隔墙的受力面积.传统施工工艺和2种改 进后的工艺的第一主应力值均较小,材料强度能满 足受力要求. 优化方案2位移值小于优化方案1,但受力大 于优化方集1.因为优化方案2及早施作了中隔 墙,开挖过程中产生的应力释放可有效作用于中隔 墙上,使衬砌及时受力,可较好地控制位移,但受力 较大.-', 3结论与展望 1)研究表明,无中导洞连拱隧道设计施工技术 表1计算参数 (a)传统:1:艺 fh)改进厅亏的T艺 图4有限元计算模型 注:C30混凝土2次衬砌厚度为60cm,中空注浆锚杆的截面积为0.001338m. 2012年第1期陈力华:无中导洞连拱隧道设计施工技术探讨97 — 0 — 0 — 0 :/\. /... 一... r.-... 1 一 lo一-2o253035 . V施工步 (a)传统施1:步骤 . —.——?—\ 520\25/,_' 施步\/V 0.3 {0.2 婆0.10 窿一0.1 ' 一 0_2 . ,,,/, . —_?\厂 10l5203 (c)优化方案2 图5中隔墙偏移一施工步关系曲线 0 — 1 — 2 — 3 - 4 0 g-0.5 一 1.0 一 1.5 一 2.0 一 2.5 一 3,0 - 3.5 O5 施I步 10l52O25303540 ()5 (a)传统施一I步骤 施1-步 10152025 ()5 (优化方案1 施工步 10l5202530 (c)优化方案2 图6拱顶沉降一施工步关系曲线 fa)传统施丁步骤 ?优化方案1 -鼻 : — I659(12~003 :《:; 《一=3.821122trd'X)3l i.~5.54917(,+093?; : (c)优化方案2 图7隧道2次衬砌及中隔墙第一主应力云图(软件中默认拉为正) 0m如 0O0000O 一一一一一一一 ?/k.匿蒸 uJ/堡蜜隆?【Il/婵导 公路交通技术2012.锥 表2传统开挖方法及优化计算结果对比 无论从施工组织还是施工安全方面较传统连拱隧道 施工方法都有明显改善.建议在有条件的山岭隧道 中对该工法进行深入研究与现场试验,以为我国连 拱隧道的建设积累宝贵的经验. 2)相对于传统施工方法,采用优化方案1与优 化方案2可使隧道性能得到改善,实际施工过程中 究竟采用哪种方案可视围岩状况确定.当围岩条件 较好时,可按照优化方案1进行,即主洞及中导洞开 挖支护完成后,1次浇筑先行洞中隔墙及2次衬砌; 围岩条件较差时,先开挖部分主洞及中导洞后,再浇 筑中隔墙,然后再进行后续工作,对围岩的稳定较为 有利. 3)无中导洞连拱隧道施工时将主洞与导洞 1次开挖成型,减少了施工步和围岩的扰动,更有利 于隧道施工安全.连拱隧道传统施工方法初期支护 搭接在中隔墙上,此接头位置最容易产生漏水,开裂 等病害,而本文提出的无中导洞连拱隧道施工技术 可有效避免这种病害. [2] [3] 参考文献 朱汉华,傅鹤林,潘明军,等.连拱隧道设计施工研究 与实践[C]//第一届全国公路科技创新高层论坛 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集(公路设计与施工卷).北京:外文出版社,2002. 刘伟.公路隧道建设中应注意的几个问题[J].公 路,1999(9):40—42. 蒲春平,刘可,胡占荣.京珠高速公路粤境南段五龙岭 (上接第94页) [4] [5] [6] [7] 廖书志.超前小导管在隧道穿越软弱围岩中的应用[J]. 石家庄铁路职业技术学院,2007,6(2):64—67. 中铁二院工程集团有限责任公司.TB10121--2007 铁路隧道监控量测技术规程[S].北京:中国铁道出版 社,2007. 高俊.超前地质预报在长大隧道中的应用[J].北方 交通,2007(11):76—78. 关宝树.隧道 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 要点集[M].北京:人民交通出 大跨,连拱隧道的施工[J].世界隧道,2000(6):34—37. [4]刘洪洲,黄伦海.连拱隧道设计施工技术研究现状 [J].西部探矿工程,2001(1):54—55. [5]周晖,曹德洪.连拱隧道施工方法及渗漏水整治对 策建议[J].浙江交通科技,2002(4):48—49. [6]李德宏.连拱隧道施工监测与分析[J].现代隧道技 术,2003,40(1):59—64. [7]周玉宏,赵燕明,程崇国.偏压连拱隧道施工过程的优化 研究[J].岩石力学与工程,2002,21(5):679—684. [8]刘招伟,何满潮,肖红渠.浅埋大跨连拱隧道施工中变 形的监测与控制措施[J].岩土工程,2003,25 (3):339—343. [9]朱有元,蒲春平.浅埋大跨双连拱隧道的施工[J].湖 南交通科技,2001,27(3):72—74. [1O]郝景文.浅埋段连拱隧道施工中的关键环节[J].山西 交通科技,2003(3):70—71. [11]汪俊民.软弱围岩地段双连拱隧道施工技术[J].西部 探矿工程,2003(6):95—97. [12]余晓琳,黄小华,彭立敏.软弱围岩条件下连拱隧道施工 阶段的受力分析[J].西部探矿工程,2002(4):66—68. 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