佰公凹隧道左線超淺埋段加強(qiáng)輔助施工措施方案分析

最新【精品】范文參考文獻(xiàn)專(zhuān)業(yè)論文佰公凹隧道左線超淺埋段加強(qiáng)輔助施工措施方案分析佰公凹隧道左線超淺埋段加強(qiáng)輔助施工措施方案分析【摘要】本文闡述了隧道左線超淺埋段加強(qiáng)輔助施工方案，通過(guò)方案必選，結(jié)合隧道實(shí)際情況及工期要求，確定適應(yīng)項(xiàng)目的施工方案，并得到成功實(shí)施，為今后類(lèi)似工程的施工提供了一定的借鑒與參考?！娟P(guān)鍵詞】小導(dǎo)管；強(qiáng)度驗(yàn)算；加固一、工程概況佰公凹隧道出口端左線ZK27+858～ZK27+927為超淺埋段（埋深4.3m-10m），設(shè)計(jì)采用在地表注漿，在洞內(nèi)進(jìn)行超前小導(dǎo)管輔助施工的方式對(duì)地層進(jìn)行加固后，以雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工通過(guò)。根據(jù)設(shè)計(jì)的地質(zhì)資料顯示，該段地表下約2～3m為亞粘土，再往下至拱頂為強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，隧道側(cè)壁則在弱風(fēng)化砂巖中。ZK27+920隧道右下部離F7斷層破碎帶約10m。隧道右側(cè)處于F7逆斷層上盤(pán)裂隙帶內(nèi)，ZK27+850F7斷層在隧道中心附近穿過(guò)。隧道右側(cè)處于斷層破碎帶內(nèi)。在地表注漿施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該段從地表往下在注漿范圍內(nèi)（約8-9m）大部分為亞粘土層，即隧道起拱線以上基本上處于第4紀(jì)殘坡積地層中，較設(shè)計(jì)描述差異較大。該層在注漿施工時(shí)正處于雨季，呈淤泥狀，注漿后又逢旱季，呈松散土狀。經(jīng)實(shí)測(cè)，該段內(nèi)ZK27+858～ZK27+882，以隧道中線為界，地形左高右低，埋深變化較大（見(jiàn)地表注漿橫斷面圖1）。右側(cè)埋深淺而地層較弱，開(kāi)挖后會(huì)形成結(jié)構(gòu)偏壓。地表注漿橫斷面圖1設(shè)計(jì)資料顯示，隧道在ZK27+912距F7斷層不足10m。由于F7斷層是壓扭性逆斷層，其上盤(pán)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較大，巖層裂隙帶范圍明顯增大，約10～20m（這在ZK27+941～ZK28+059.5段開(kāi)挖后已得到證實(shí)）。由設(shè)計(jì)資料推算，F(xiàn)7斷層在ZK27+860～ZK27+890）應(yīng)進(jìn)入隧道范圍。因此隧道該段圍巖會(huì)更差（全部位于F7斷裂帶內(nèi)）。鑒于以上原因，我們認(rèn)為該段襯砌應(yīng)由S5b變更為S5a，在該段洞內(nèi)施工時(shí)，輔助施工應(yīng)于加強(qiáng)。一是應(yīng)擴(kuò)大地層加固范圍，二是應(yīng)增加超前小導(dǎo)管的管棚作用，三是提高注漿的早期強(qiáng)度，減少用水量，從而減少?lài)鷰r特別是掌子面的軟化。因此建議采用雙層小導(dǎo)管進(jìn)行雙液壓漿對(duì)地層進(jìn)行加固，方案如下：1.將原設(shè)計(jì)超前小導(dǎo)管加密一倍施工，即每隔一榀鋼拱架，打一環(huán)（縱向間距縮短為1.5m，其余參數(shù)不變），注漿液改為水泥、水玻璃。2.增加仰角450的雙液注漿小導(dǎo)管，與上述超前小導(dǎo)管間隔施工。450雙液小導(dǎo)管長(zhǎng)L=4.5m，采用450仰角打入圍巖，環(huán)向間距40cm，縱向間距1.5m，水泥漿與水玻璃液比1：1（重量比），注漿壓力0.5～1.0MPa。二、小導(dǎo)管的強(qiáng)度驗(yàn)算：2.1荷載深度的確定：本隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑開(kāi)挖寬度為6m，拱部開(kāi)挖寬度為11m。荷載等效高度按《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（P296.2.3）式計(jì)算：H=0.45×2s-1ωS―圍巖等級(jí)；ω―寬度影響系數(shù)，ω=1+i（B-5）；B―開(kāi)挖寬度；i―B每增1m時(shí)，圍巖壓力增減率，以B=5m為準(zhǔn)，當(dāng)B5m時(shí)，取i=0.1。開(kāi)挖側(cè)壁導(dǎo)坑時(shí)，B=6，i=0.1，S=5，則ω=1+0.1（6-5）=1.1h1=0.45×25-1×1.1=7.92m開(kāi)挖拱部上導(dǎo)坑時(shí)，B=11，i=0.1，S=5，則ω=1+0.1（11-5）=1.6h2=0.45×25-1×1.6=11.52m其淺埋分界深度分別為：雙側(cè)壁導(dǎo)坑Hp1=2.5h1=2.5×7.92=19.8m拱部上導(dǎo)坑Hp2=2.5h2=2.5×11.52=28.8m據(jù)此，由附件1：《地表注漿加固斷面》可知，側(cè)壁導(dǎo)坑和拱部導(dǎo)坑開(kāi)挖時(shí)，均屬淺埋施工。所以計(jì)算地層的垂直均布荷載時(shí)，h均應(yīng)以埋深取值。但考慮是臨時(shí)輔助施工，計(jì)算時(shí)，當(dāng)埋深小于h1時(shí)按埋深計(jì)算，當(dāng)埋深大于h1時(shí)，仍按h1計(jì)算。2.2圍巖密度取值（γ）：由設(shè)計(jì)地質(zhì)報(bào)告可知，該段隧道上覆層地表為亞粘土層，其下至拱部為泥盆系強(qiáng)風(fēng)化砂巖，計(jì)算地層荷載時(shí)本應(yīng)分層計(jì)算，因此地表亞粘土層厚度為2～10m，地層密度在埋深h>6m時(shí)考慮亞粘土層密度影響取γ=（18+18.5）/2=1.825g/cm3。而在h>6m時(shí)，忽略亞粘土密度影響，取γ=1.80g/cm3。2.3強(qiáng)度計(jì)算：1）計(jì)算圖式驗(yàn)算小導(dǎo)管施工后第三榀拱架安裝前小導(dǎo)管的強(qiáng)度，由工況圖確定L=249+20+13=282cm；設(shè)計(jì)小導(dǎo)管環(huán)距=40cm，小導(dǎo)的線荷載δ=40×γ×h2）計(jì)算Φ45×3.5mm小導(dǎo)管截面慣性矩（I）和抗彎截面系數(shù)（W）：∝=d/D=3.5/4.2=0.8333I=πd4/64×（1-∝4）=3.1416×4.24/64×（1-0.83334）=7.910（cm4）W=I/R=7.910/2.1=3.767（Ccm3）3）驗(yàn)算：ZK27+912斷面：拱部上導(dǎo)：h=590cm<600Vcmy=1.825g/cm3δ=40×1.825×590=43.070kg/cmMc=1/8×43.07×2822=428137.335kg-cmσc=Mc/W=428137.335/3.767=113654.72kg/cm2=11365MPaZK27+876斷面：拱部上導(dǎo)：h=880cm>600Vcmγ=1.8g/cm3δ=40×1.8×880=6336g/cm=63.36Kg/cmMc=1/8×63.36×2822=629830Kg-cm?=Mc/W=629830/3.767=167196.71kg/cm2=16719.67MPa4）圍巖沿隧道縱向形成坍落拱時(shí)，小導(dǎo)管強(qiáng)度驗(yàn)標(biāo)：仍按公路設(shè)計(jì)規(guī)范P29（6.2.3）式計(jì)算：q=γhh=0.45×2s-1ω式中：q―垂直均布?jí)毫Γ╧g/cm）γ―圍巖容重（按地質(zhì)資料，強(qiáng)風(fēng)化砂巖y=1.80kg/cm3）S―圍巖級(jí)別（V級(jí)圍巖，S=5）B―開(kāi)挖寬度（cm）ω―寬度影響系數(shù)ω=1+i（B-5）i―B每增加1m時(shí)圍巖壓力增長(zhǎng)率，以B=5m為準(zhǔn)，當(dāng)B5m時(shí)，取i=0.1①按小導(dǎo)管施工后第三榀拱架安裝前的工況計(jì)算，圍巖沿破裂面坍落：B取小導(dǎo)管支撐的水平寬度，即B=2.82m≈3m<5；i=0.2，ω=1+0.2×（3-5）=0.6h=0.45×2s-1×0.6=4.32m=432cmq=1.80×432=777.6（g/cm2）小導(dǎo)管慣性矩I=7.91（cm4）抗彎截面系數(shù)W=3.767（cm3）Mc=1/8×40×777.6×2822=308189312g-cm=309189kg-cmσ=309189/3.767=82078kg/cm2=8207.8MPa②考慮到拱部以下能進(jìn)入弱風(fēng)化砂巖地層掌子面較為穩(wěn)定，小導(dǎo)管的承載跨度可較小，這可能是最為常見(jiàn)的情況?，F(xiàn)以小導(dǎo)管施工后第二榀拱架未安裝前的工況進(jìn)行驗(yàn)算。由圖計(jì)算，L=111cmB=111m<5mi=0.2，ω=1+0.2×（111-5）=0.222h=0.45×2s-1×0.222=1.598m=160cmq=1.80×160=288（g/cm2）δ=40qMc=1/8δL2=1/8×40×288×1112=17742240g-cm=17742kg-cmσ=Mc/W=17742/3.767=4709.8MPa由常用工程材料手冊(cè)可知，普通碳素鋼（GB700-88）的屈服極限σS=235MPa，拉伸強(qiáng)度極限σb=375～500MPa；普通低合金鋼（16Mn）的屈服極限σS=280～350MPa，拉伸強(qiáng)度極限480～520MPa。以上計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，一旦發(fā)