楊成勇

摘 要：本文主要以武-西高速公路桃花峪黃土隧道為研究案例，憑借場地試驗與信息模擬的方式，研究格柵和型鋼支護體系對淺埋大跨小凈距黃土隧道的影響及效果，在Ⅴ級黃土隧道中，憑借雙側壁的方式開展挖掘施工，圍巖會出現(xiàn)彈塑性形變，塑性區(qū)間擴張的范圍會很廣，要求立即進行支護，格柵支護以及型鋼支護對其塑性發(fā)展區(qū)間大致相同。

關鍵詞：雙側壁法 格柵支護 型鋼支護

1.工程概況

桃花峪隧道的地址位于武西高速桃花峪黃河大橋南段引線，橫穿邙山，原本的設計方案是雙連拱隧道，之后變成了小凈距。隧道入口區(qū)域里程及規(guī)劃高程分別是ZK36+680、14 5.9 6 5 m，隧道出口區(qū)域里程及規(guī)劃高程分別是ZK37+260、155.063m，隧道底板最深處的埋深為55.544m，其位置處在K36+960處，該項目總長580m，隧道的內路面的坡度設置為2%，縱向坡度氛圍兩端進行設置：ZK36+680至ZK37+200處的坡度設置為2.30%；ZK37+200至ZK37+260段的坡度設置為-0.35%。單個洞體的挖掘深度大致是17.3m，挖掘的截面面積達到了173.8m2，埋深多在20m左右。

2.工程難點

（1）黃土：黃土系指具備各個方向的原生與結構節(jié)理土質，特別是垂直節(jié)理發(fā)展，存在較大的連續(xù)性，結構當中有較多的孔洞土質松散且密度不高，不抗水的顆粒架構讓黃土遇見水時容易出現(xiàn)瓦解、脫落的情況，其自身的承載性能較差，有一定的濕陷性，在隧道挖掘的環(huán)節(jié)當中很容易就會出現(xiàn)沉降形變的情況。在隧道項目中，將黃土土質看作是一種不良的地質環(huán)境。

（2）小凈距：小凈距隧道非常罕見，桃花峪隧道屬于一座穿過黃土土質的小靜距隧道工程，并且在施工技術上相對較為欠缺。

（3）淺埋偏壓：隧道埋深深度相對較小，黃土數(shù)值呈現(xiàn)節(jié)理發(fā)育，并且土質相對松散，地面表層會由于被施工中的擾動影響，進而產生開裂故障，一般情況下會伴隨著隧道挖掘工作的開展而出現(xiàn)裂縫的情況。

3.施工方法及數(shù)值計算

3.1施工方法

（1）開挖次序。洞體挖掘借助挖機與人工相結合的形式作業(yè)，隧道挖掘的跨度、高度是17.68m與12.53m（為預留沉降值為25cm），黃土圍巖土質松軟，不具備自穩(wěn)性能，所以借助分部挖掘的形式，使用雙側壁導坑的形式挖掘。①左導洞上半部的挖掘，周邊土體的初期支護及臨時支護。②滯后4～6m，左導洞中部挖掘，對附近土體進行支護，并施作左導洞水平方向支撐。③滯后4～6m，左導洞下半部挖掘，對附近土體進行支護。④滯后4～6m，右導洞上半部土層挖掘，對附近土體進行支護。⑤滯后4～6m，右導洞中部土體挖掘，對附近土體進行支護，并施作右導洞水平方向支撐。⑥滯后4～6m，右導洞下部土體挖掘，對附近土體進行支護。⑦中部土體上層使用階梯開挖的方式，進行拱部初期支護施工。⑧中部土體中部階梯挖掘。⑨中部土體下層使用階梯開挖的方式，進行仰拱底部初期支護施工。

（2）施工控制要點。①3部土體開挖主要是聯(lián)用挖掘機和人工挖掘方式，滯后2部是4～6m，并且每循環(huán)的掘進深度是0.5m，在作業(yè)環(huán)節(jié)中注意挖掘將近開挖線30cm左右時借助人工挖掘的形式進行開挖。3部土體初期支護結束之后，可以運用回填土層的方式，使得作業(yè)設備的順暢運行得到保障。②右側壁導洞4、5、6部土體挖掘形式與1、2、3、部土體挖掘的形式相同，但要求嚴格管理其步長，換一句話來說就是滯后≥15m。③7部土體借助環(huán)形挖掘預留核心土的形式進行挖掘，重心土長度3～5m，環(huán)形區(qū)域借助人工挖掘的形式進行，注重與1、4部開挖初期支護的實施相連接。每循環(huán)進尺0.5m。④滯后4～6m的間距，借助挖掘機挖掘8部土體，借助人工的形式加以修整，以免出現(xiàn)挖掘機破壞支護工作的情況出現(xiàn)。根據圍巖測定的結果，合理地進行開挖進尺的調整。

3.2數(shù)值計算

（1）計算模型及參數(shù)。選擇一段隧道進行分析，隧道上覆土層的實際厚度控制在40m，結合隧道的實際規(guī)模，將模型設計成長及高分別是100m、90m，并且進尺50m。計算數(shù)值見表1。

借助有限元軟件MIDAS/GTS展開研究，在此當中土層是實體單位，借助摩爾-庫倫破壞理論，初期支護以及二次襯砌都視為殼體單位。

（2）計算結果。以隧道進深方向10m處斷面當做是標準，指定出其拱頂沉降與挖掘時間的變化曲線圖。針對拱頂沉降變化曲線進行深入的分析之后能夠得到：①這種施工方式結束之后，地表沉降槽曲線和單洞隧道并不會出現(xiàn)很大的差異，最大地表沉降也會出現(xiàn)在兩條隧道的中央，最大數(shù)值為64.5mm，影響因素主要是兩隧道之間的間距，拱部土體挖掘以及臨時支撐拆除對地表沉降的作用很強；②由塑性區(qū)分布狀況，能看出黃土隧道作業(yè)塑性區(qū)間拓展范圍較大，在兩隧道的中間線區(qū)域重合交疊并向上發(fā)展直到土層表面，能使地表開裂，并強化其在初襯層面上的荷載作業(yè)，隧道塑性區(qū)間散落在拱腳處，且分布大而顯著，建設過程當中要求強化其襯砌。

3.3試驗段臺階法施工

（1）洞口20m選擇短臺階七步挖掘的方式。①挖掘1部土體，在周邊開展初期支護施工，每循環(huán)的掘進深度是0.5m。②滯后1部間距控制在5m，進行2部土體的開挖施工，開展初期支護施工，每循環(huán)的掘進深度是0.5m。③滯后2部間距控制在2.5m，進行3部土體的開挖施工，開展初期支護施工，每循環(huán)的掘進深度是0.5m。④滯后3部間距控制在2.5m，進行4部土體的開挖施工，開展初期支護施工，每循環(huán)的掘進深度是0.5m。⑤滯后4部間距控制在2.5m，進行5部土體的開挖施工，開展初期支護施工，每循環(huán)的掘進深度是0.5m。⑥滯后5部間距控制在5m，進行7部土體的開挖施工，開展初期支護施工，每循環(huán)的掘進深度是1m。

（2）雙側壁法。①環(huán)形挖掘預留核心土法進行1部土體的挖掘施工，環(huán)形階段的施工選擇人工挖掘的方式，高度的標準是適宜人工作業(yè)的初期支護，可是一定要保障核心土長度控制在3～4m的范圍之內，挖掘施工開始之后，應該在規(guī)定時間內進行初期支護與臨時支護的作業(yè)，要首先完成混凝土的初噴施工，具體厚度不能低于4cm，完成支護鋼架的架設作業(yè)。鋼架連接板要妥善完成包裹的操作，還要妥善存儲螺栓及螺母，螺母應該設置在離未開挖土體相對較近的一側。②2部土體選擇運用挖掘機結合人工的方式進行挖掘施工，滯后1部間距控制在5m。實際掘進時，倘若與開挖輪廓線之間的距離在30cm時，就要選擇人工作業(yè)的方式進行修整，防止挖掘機和鋼架產生接觸，導致出現(xiàn)拱腳失穩(wěn)的現(xiàn)象。挖掘施工開始之后，要及時開展混凝土的初噴施工，并且厚度不能低于4cm。初期支護與臨時支護鋼架實際施工的過程中，鋼架各單元應該妥善相連，還應該進行鎖腳錨管的設置。把鎖腳錨管和鋼架密切相連，進而構成一個非常牢固的整體。左側導洞支護閉合成環(huán)之后，應該及時進行土體的回填施工，如此就能夠使得作業(yè)設備順利通過，進而能夠防止2部土體挖掘施工之后，出現(xiàn)作業(yè)設備不能順暢通行的現(xiàn)象。③左側壁導洞和左側壁導洞的作業(yè)方式一致，可是滯后左側壁導洞不能低于15m。

4.結束語

綜上所述，文章借助對桃花峪淺埋大跨徑小凈距黃土隧道挖掘作業(yè)的相關技術兩種工藝的研究比較得出：在Ⅴ級黃土隧道選擇雙側壁的施工技術進行大斷面隧道的挖掘施工，圍巖會出現(xiàn)幅度較大的塑性變形現(xiàn)象。塑性區(qū)域發(fā)展范圍相對較大，一定要在第一時間內完成支護施工，型鋼支護和格柵支護在塑性發(fā)展的層面上并不存在顯著的差異。

參考文獻：

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