大断面地质条件下山区高速公路隧道施工技术研究.docx

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大断面地质条件下山区高速公路隧道施工技术研究

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庞杰忠

【关键词】大断面;隧道施工;稳定性;模型

U452.2A1674-0688（2021）09-0083-03

0引言

随着我国经济的发展及现代化各项事业的不断进步，公路隧道的施工技术取得了一系列成果，为我国交通运输领域的建设和发展做了重要贡献。20世纪80年代初，我国便开始着手公路隧道施工技术的研究，包括国外先进隧道施工设备的引进等。经过近40年的不断探索，当前我国公路隧道的施工技术在国际上享有盛誉，一大批具有我国自主知识产权的公路隧道施工技术在国内外得到广泛的应用。以“中铁”“中建”等标杆公司为例，搭乘国家“一带一路”建设的高速列车，每年在国外开工建设的隧道工程越来越多，足迹遍布亚洲、非洲、拉丁美洲等地区的国家，并不断拓宽合作渠道与国际化发展、融合之路。

然而近年来，国内时有关于隧道施工质量问题的报道，例如近期央视曝光的甘肃考勒隧道，引起了业内广泛的关注，甘肃省省长亲临现场指导工作，并提出了50年内无大修的质量保证。可见，政府层面对于公路隧道施工质量问题的重视程度。在各类公路隧道的施工技术中，山区环境下的施工一般具有较大难度，这其中包括极其常见的断层、断面等地质构造，为隧道的施工带来了很大的挑战。基于此，本文着重对大断面地质条件下的公路隧道施工技术展开深入研究。

1大断面条件隧道施工核心技术

1.1隧道开挖技术

常见的公路隧道施工方法包括全断面法、分部开挖法及台阶法等，全断面的开发方式在隧道围岩结构较理想的情况下具有明显作用，但是需要在施工现场配备大功率的设备，而在隧道距离较长的情况下则经济性不够。施工环节少、施工交集部分影响程度小是全断面开挖的主要特点，对施工的组织、管理等较为有利，留给施工技术人员使用大型机械的空间较大且能做到一次成型，减少了对周边围岩的扰动，缩短了工期的同时也能够保证施工作业的安全性。分部开挖法在具体的工程施工中有3种可行方案，即环形开挖、单侧导坑及双侧导坑法，分部开挖方式对于施工技术人员的施工水平要求较高，施工技术人员需对隧道工程的整体状况有所掌握，对工期各节点的衔接工作的要求更为严谨，在施工现场的具体环境和工况下，应能对施工过程中所遇到的突发事件做到及时处置，对施工演练及事故预案的可行性要求较为严格。台阶法一般包括3种类型，分别是长、短台阶法和超短距离台阶法。对于长台阶法而言，一次开挖情况下的断面小于全断面方式，对于开挖面的稳定性具有一定意义，而短台阶法可在很大程度上缩短支护架构闭合时间，以改变初期支护的受力条件，对于整体上控制隧道结构形变非常有利，因此在围岩稳定性较差的隧道施工中较为常见，但是其缺点是上、下台阶在施工过程中的互扰程度较大，并且无法实现全部平行施工[1-3]。台阶法工艺流程如图1所示。

1.2衬砌支护结构

围岩本身在隧道施工过程中具有一定的支护作用，属于隧道结构的主要受力载体，其他内部及外部架构与围岩共同组成隧道的支护体系。隧道开挖过程中一般采用初始的三维结构应力策略，尽可能地减少对隧道围岩的扰动，因此对开挖面加固防护层显得尤为必要，可有效防止围岩松动、塌方。与此同时，应允许围岩发生适度的形变，这对充分利用围岩强度具有一定作用。但值得注意的是，这类形变应进行严格控制，否则会因形变过度而造成围岩破坏，进而减弱其载荷能力并发生大范围沉降。衬砌支护结构在施工过程中一般分为两个步骤，当洞体开挖后应立即进行初期支护以防止围岩早期形变的发生，当围岩稳定之后方可进行二次衬砌，在外层衬砌足夠充分后且确认围岩形变量趋于恒定后，可将内衬视作额外的安全裕度。此外，初期支护应注意柔度的把控，使得与围岩接触更为紧密，此时应通过喷射混凝土的方式进行，并结合锚杆、钢筋网进行综合支护，以承载剪应力为主[4-5]。

2隧道形变评估模型

2.1计算模型搭建

假设试验段隧道高度为h，结构跨度为l，侧方载荷系数为λ，纵向受力为q，水平方向压力p=λq，在受力q的作用下，其截面拉应力σ1=q/2t2，在水平方向压力p的作用下，截面正向应力σ2=-λq，因此得到支座处极限应力值为σt=σ2+σ1=q/2t2-λq，由结构参数可知，支座纵向反作用力为YA=YB=0.1ql，对拱点进行测距，得到如下稳定性公式：

YA-2XAql2=0.2λq

隧道结构稳定性计算模型如图2所示。

2.2稳定性及安全性评估

大断面条件下的隧道施工技术种类很多，各种施工工艺在实际应用前必须事先进行具体的数值模拟量计算和分析，使隧道工程的施工具有相应的稳定性和安全性。大断面的隧道施工常通过化大为小的措施逐层、分块开挖，分阶段搭建隧道施工整体架构，当开挖轮廓具备后，应严格按照所形成的全封闭或半封闭结构进行施工，之后开挖隧道的主体结构和仰拱部分，分阶段开挖时，各施工