明洞施工

明洞施工（精选7篇）

明洞施工 篇1

1 工程概况

某隧道均为连拱式隧道, 设计车速为100km/h, 为双向4车道隧道。单洞设计标准为:行车宽度为0.5+2×3.75+1.00m, 行车道限界净高5米;隧道内轮廓总宽度为11.70米, 周长为32.25米, 内轮廓面积为70.128m2, 内轮廓高度为7.25米, 单洞隧道横披为2%。

隧道区属岩溶峰丛谷地地貌, 山体侵蚀切割较强烈, 地形连绵起伏, 山峰高程在247~255m之间, 山坡上陡下缓, 大部分基岩裸露, 生长杂草、灌木等。进洞口侧岩溶洼地呈北东-南东向分布, 地面高程约119~123m, 局部有落水洞发育;出洞口段岩溶洼地呈北西-南东向分布, 地面高程约105~108m。岩溶洼地地形平坦, 平面形状不规则, 覆盖第四系冲洪积黏土层, 种植玉米、甘蔗等作物。隧道勘查区未见滑坡、崩塌、危岩等不良地质现象, 隧道进出口自然斜坡较稳定。

2 隧道施工方案

该均为连拱式隧道, 采用复合式衬砌结构, 按新奥法施工。隧道施工时, 项目部将严格按照“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、勤测量、早封闭、快衬砌”的原则组织施工。施工过程中采用超前预报系统进行超前地质勘探, 对不同围岩类别采用不同钻爆设计施工。总体实施掘进 (钻爆、无轨运输出碴) 、支护 (超前导管、拌、运、锚、喷) 、衬砌 (拌、运、灌、振捣) 三条机械化作业线。Ⅴ级围岩中导洞采用上下台阶法、主洞采用单侧壁导洞法施工, Ⅳ级围岩中导洞采用全断面法、主洞采用环形开挖留核心土法施工, Ⅲ级围岩中导洞采用全断面法、主洞采用上下台阶法施工。

3 洞口及明洞施工技术

3.1 洞口及明洞施工方法

(1) 首先根据设计和实际地形开挖并施作洞口边仰坡截水沟, 以截排地表水, 截水天沟开挖线距倾坡边缘不小于5m, 沟底纵坡不小于3%, 排水沟与路基排水系统相衔接。

(2) 明洞及仰坡开挖由外向里, 从上而下分台阶、分层分段开挖, 分层分段支护。根据地形条件, 土方和强风化岩采用PC220挖掘机挖装, 人工配合清理边仰坡开挖面, 局部陡坡地带采用人工开挖, 开挖形成的坡面按设计及时进行封闭防护, 避免长时间暴露造成坡面坍塌。

(3) 边仰坡开挖后及时进行洞口套拱施工, 套拱施工预埋导向管时要注意洞口平曲线的角度, 做到保证20~30米的超前长管棚不侵入隧道开挖界限。管棚压浆前先用高压水冲洗干净管内残积物, 再从两侧往拱顶方向对称压注, 浆液先稀后浓, 当孔口压力达到设计值时即可结束注浆;全部注浆结束8小时后即可进行套拱内工作面的开挖。

(4) 明洞开挖可视情况与仰坡开挖同步进行。挖到设计标高后, 及时清理基底, 检验基底地质和承载力情况, 并按设计要求进行地基处理, 经监理工程师检查, 合格后立即立模绑扎钢筋, 架立外模, 灌筑明洞钢筋混凝土。当拱圈砼达到设计强度的70%以上后拆除内外支模, 拱圈背部用砂浆找平, 敷设防水板并应粘贴紧密, 相互错缝搭接良好, 搭接长度不小于100mm, 并向隧道内拱背延伸不少于500mm, 再涂抹水泥砂浆层。

3.2 半明半暗明洞施工技术

为了便于隧道进洞及保持原有自然环境、维护高边坡和仰坡的稳定, 考虑隧道进出口山体陡峭, 为减少山体落石危机高速公路行车安全, 结合本工程路基边坡情况, 隧道右幅进口端采用了15米长的半明半暗进洞方案。

施工时, 先对“半明”段边坡进行刷坡防护, 然后根据设计轮廓线进行挖槽清方, 挖槽清方的深度以满足管棚施工和边墙施工为准, 挖槽完毕后检测基底承载, 若其基底承载力小于350KPa时, 则采用浆砌片石换填基底等措施进行处理。接着进行第一节护拱和边墙的施工、大管棚施工、剩余护拱和管棚的施工;待所有护拱施工完成后, 再按设计要求在护拱顶上回填浆砌片石, 最后施工“半暗”段。

4 套拱施工技术

4.1 套拱

本工程套拱作为长管棚的固定端, 长2m, 厚70cm;拱内设三榀I20a工字钢钢拱架, 间距为70cm;在钢拱架拱部均匀布设37个Φ127×6mm孔口管, 环向间距为50cm, 孔口管用Φ22钢筋固定, 并与I20a工字钢拱架焊接连成整体, 可采用双面焊接, 焊缝长度大于5d (d为钢筋直径) 。套拱混凝土为C25, 套拱施工时不可有大的切坡, 只有待管棚施作完毕, 才能扩挖。在管棚施工过程中, 为了使套拱保持稳定, 不偏移、不沉降, 可增加一些临时支撑。

4.2 钻孔

套拱施作完毕后, 用潜孔钻沿孔口管打孔, 孔深25m, 外插角控制在0.5-1°, 尽量避免以后不割管, 以免影响管棚的支护效果。成孔后, 用高压风通过风管插入孔底进行吹孔, 将孔内残渣清除干净, 以使插管顺利进行。

4.3 钢花管制作

本隧道管棚超前预支护采用外径φ108mm, 壁厚6mm的热轧无缝钢管, 钢管前段20cm制成尖锥形, 尾部焊接φ10加劲箍, 管壁四周钻3排φ10mm的压浆孔, 孔眼间距为15cm, 交错布置, 尾部2.5m不设压浆孔。长管棚需按顺序编号为1~37#, 奇数号钢管为有孔, 偶数号钢管为无孔, 有孔与无孔钢管间隔布置。

4.4 插管

采用钻机顶进的方法插管, 插管时, 将钢管对准确孔口, 调整钢管方向与孔道方向一致, 用钻机液压杆对淮钢管端头, 由液压杆逐渐加力顶进。钢管的接长采用外径φ102mm, 壁厚5mm的热轧无缝钢管, 接长管每节长20cm, 边缘与超前导管焊接成一体。

4.5 注浆

本工程采用压浆泵进行压浆, 注浆液采用C30纯水泥浆液。结合工程实践经验, 对本工程的注浆参数采取如下:水泥浆水灰比:1∶1, 注浆压力:初压0.5~1.0Mpa, 终压2.0~2.5Mpa。注浆时用套环将注浆管孔口与钢管端头通过丝扣连接牢固, 防止漏浆而造成浆液压不进去和压浆不密实等现象的发生。必要时在孔口处设置止浆塞, 止浆塞应能承受住最大注浆压力。

5 结语

该隧道容易造成明洞偏压, 存在较大的安全隐患。针对本工程的地质情况, 系统地介绍了明洞施工关键技术, 对明洞工程拟采用明挖法施工, 开挖前先完成洞顶地表排水系统, 采取分层开挖, 分层支护, 自上而下, 边挖边护的明洞边坡加固处理方法, 同时采取套拱法施工方式, 为同类工程提供参考借鉴。

摘要：本文以某为工程背景, 针对隧道洞口和明洞施工, 施工中处理不当将较易造成边坡坍滑等重大安全事故。本隧道采取采用复合式衬砌结构按新奥法施工, 对明洞采取套拱法施工方式, 为同类工程提供参考实例。

关键词：隧道施工,洞口施工,明洞施工

参考文献

[1]胡桂先.金沙江陡岸隧道洞口施工技术[J].铁道标准设计, 2005 (08) :36-38.

[2]杨红艳.套拱法在隧道明洞施工中的应用[J].石家庄铁路职业技术学院学报, 2008 (06) :102-104.

[3]何洋.映秀特长隧道单压明洞施工技术[J].铁道建筑技术, 2013 (05) :45-47.

善庆峪隧道明洞施工技术 篇2

关键词：隧道,明洞暗作,三台阶七步作业法,防水作业

1 工程概况

山西省中南部铁路通道的善庆峪隧道全长563.0 m,起讫里程为DK47+948～DK48+511,为双线隧道。隧道内纵坡4.5‰,全隧道相对高差约2.53 m,隧道埋深最大约81.0 m,位于半径为3 000 m的曲线上。

该隧道位于山西临县大禹乡善庆峪村东北侧山体中,该山体山势较陡,隧道进口端山腰有大量民房,山体植被较发育,无基岩裸露,被黄土覆盖。出口位于善庆峪村东北侧山坡上,山坡自然坡度约65°, 种植有少量玉米、向日葵等;表层覆盖新黄土,无基岩出露;无地表水径流,无地下水漏出。坡脚有大片农田,毗邻湫水河,靠近218省道,施工用水及交通较为便利。

在靠近隧道出口端距出口约116 m位置有一宽约30 m～45 m的地表流水冲沟,沟深,较为平坦,汇水面积大,两侧有树及杂草,沟中间有耕种农田及果园;沟北侧山坡及沟口有人家居住,沟北侧人家就住在隧道顶部,隧道埋深约4.6 m。

隧道在沟内设计以明洞方式施工通过,沟内长约15 m～20 m隧道顶面裸露高出沟底,最大约1.78 m。

明洞DK48+365～DK48+395段处于山谷底,受冲刷影响上部地质为新黄土,厚度约1.0 m～1.5 m,其下部为老黄土,再下为砂岩,在地面下2.8 m为土石分界线,无水。老黄土密实坚硬,开挖需松动爆破;砂岩为强风化,节理裂隙发育,岩体呈碎块状结构。

施工由出口向进口掘进,采用三台阶法施工。接近明洞地段洞口,覆盖层较薄,地质为窑洞施工时的堆积土层,松软,孔隙率大,不易形成自然拱,易引起塌方,施工难度大。

2 出口至明洞段贯通方案

1)受地形条件限制,机械、人员、材料无法至明洞位置,必须从洞内施工贯通到达明洞地段。采用短三台阶(30 cm左右)法施工逐步贯通。

2)距明洞段10 m位置,即DK48+405～DK48+395段采用加密Ⅰ20型钢拱架,间距0.5 m/榀。三台阶距离尽可能缩短,及时封闭成环,减少裸露时间,减小变形量。

3)超前小导管(黄土不注浆)长度4.0 m,每2榀施作一次,出洞后立即做套拱,稳定坡脚,套拱基础放在砂岩基岩面上,保持稳定(见图1)。

4)做完套拱的同时做好拱顶截水天沟,完善排水系统,封闭坡面。沟上游施作拦水坝,截断沟内上游水路,以免地表水流入隧道内。

5)出洞后,快速全断面初支封闭成环,加强围岩监控量测。拱顶下沉、边墙收敛稳定后,施工明洞段(有条件时,将二衬施作至DK48+395位置处)。

3 明洞段施工

3.1 明洞范围

明洞段设计里程为DK48+365～DK48+395,长度为30 m。拱顶裸露出地面最高为1.78 m。隧道明洞施工后在冲沟内形成一道拦水坝,沟内雨水无法排走。

3.2 沟内排水处理

出口端贯通至明洞后,利用从隧道内过去的机械对流水沟进行改造,开挖沟两侧山体土方回填隧道至沟上游约200 m范围沟体,填筑土方约3万m3,利用机械行走碾压。

回填后沟内情况为:在隧道顶部位置沟内地面高于隧道二衬外沿2.0 m以上,沟内形成10%的坡度,保持沟内流水畅通,不积水。

回填后在沟上游侧距明洞约5.0 m位置修筑土拦水坝一道,以防施工期间雨水流入隧道内。土坝内侧埋置塑料膜隔离水,安装直径120 mm橡胶水管一根,7.5 kW水泵两台。明洞施工期间,若有水流用水泵把上游雨水跨越隧道排至下游,防止雨水灌入隧道内。

3.3 明洞施工方法

明洞段采用三台阶七步流水明洞暗作施工方法。DK48+410～DK48+395段隧道贯通后,明洞段在洞内开槽安装型钢拱架,拱架外侧绑木板挂钢筋网施作拱部喷射混凝土,拱部施工完成后按短台阶施工法进行掘进,掘进长度控制在每两榀拱架间距,约0.6 m。隧道边墙两侧错位开挖施作中下导拱架及喷混凝土,错位至少拉开1榀拱架距离。以此法循环施工,明洞施工完成后在DK48+365处进洞,进行该处至隧道进口段的施工。

3.4 三台阶七步作业法开挖

1)地质预报。该隧道为黄土地质,为了加快施工进度,减少成本投入,在确保施工安全的前提下,确定采用该方法施工,施工根据探测地层岩性、地质构造,综合分析研究,及时调整和确定施工方法和参数。

2)测量放线。每循环测量放线一次各部分开挖轮廓线,隧道中线、高程。

3)开挖顺序。开挖前施作超前支护,施工顺序:a.上部弧形导坑开挖,左右侧中台阶开挖,左右侧下台阶开挖,上中下台阶核心土开挖,隧底开挖。b.开挖中各台阶长度、循环尺寸、左右台阶错开长度、上下台阶高度严格控制。第一个台阶3.5m,第二个台阶3m,第三个台阶2.56m。三台阶施工流程见图2。

4)支护。开挖后及时施作锚喷支护、安装钢架支撑,各部工序之间紧密衔接。初期支护先上后下,分步施作,及时封闭成环。及早施作仰拱和二次衬砌,防止隧道边墙变形过大失稳。

3.5明洞顶外侧防水处理

1)明洞段隧道两侧开挖轮廓线外各10.0m范围内用3∶7灰土夯填,形成斜坡,封闭地表水。

2)灰土斜坡顶面施作30cm浆砌片石护拱,在灰土坡脚施作宽30.0cm,深1.0m浆砌片石垂裙,隔离水源,以免渗入隧道范围内地下。

3)灰土夯填时隧道衬砌外铺一层防水板,灰土顶浆砌片石时在灰土顶铺一层防水板,防水板接头搭接30cm,焊接牢固,不漏水。

4)为使隧道左侧冲沟不积水,应征地将整个冲沟填平,高出或和隧道浆砌护拱相平,永久性解决隧道渗漏水病害隐患。

5)明洞顶顺线路方向沟内50.0m范围内采取防水措施,处理后明洞顶流水面高出原地面3.78m。

4结语

明洞利用三台阶七步流水法暗作,减少开挖量,节约耕地,加快施工进度,为施工人员、机械提供安全保障,增加型钢拱架增强了明洞衬砌强度,双层防水保证隧道不会渗漏水,确保运营安全。

参考文献

明洞施工 篇3

赵家庄1#隧道位于山西省吕梁市境内, 隧道围岩等级为V级围岩黄土隧道, 进口里程为DIK177+576, 出口里程为DIK178+332, 隧道全长756m。在DIK178+392处相邻赵家庄2#隧道, 为施工方便, 赵家庄1#隧道采取由出口向进口方向开挖。其中DIK178+045～070段下穿一冲沟, 隧道以明洞形式通过, 待明洞施工完毕对洞顶上下游进行回填处理, 以保证水流通畅同时避免水流对隧道明洞洞顶的冲刷, 减少隧道运营期间的安全隐患。

2 施工特点及难点

原设计中, DIK178+045～070段采取明洞施工。出洞和进洞前在DIK178+088～070和DIK178+045～027段各打入45根长18mφ108超前管棚。明洞开挖后先进行仰拱和二衬的浇注, 最后进行拱顶土回填。为防止下雨对隧道结构带来影响, 开挖后需立即进行衬砌、回填、防排水施工。由于此种方案施工进度缓慢, 延长了隧道出洞至回填时间, 如遇下雨可能导致隧道坍方;且造价相对较高。

3 施工方案

经项目讨论决定报业主变更为“明洞暗作”, 即开挖后先用型钢进行初期支护, 初期支护完成后立即进行拱顶回填和防排水工程, 二次衬砌则适当延后。这样大大缩短了隧道出洞至回填的时间, 降低因下雨而导致隧道坍方的风险。

3.1 出洞前准备

(1) 为防止出洞时遇上雨季, 在出洞前做好天气预测准备, 在确定最近一段时间里天气情况良好的情况下及时出洞。

(2) 隧道开挖至DIK178+075段时, 地质情况已到达软弱黄土层, 为保证工人的安全, 开挖时加强对隧道内部围岩的监控, 同时派地质专家在隧道外部观测围岩变化情况, 一旦有意外情况发生, 立即通知工人停止作业。

(3) 做好洞口外侧临时排水系统, 为明洞施工期间遇到降雨做准备。

3.2 开挖

隧道出洞后, 立即对隧道边坡进行刷坡处理。此段隧道地质情况为:洞口周边为重力堆积及冲刷形成的次生黄土, 灰黄色, 岩性为粉质黏土, 垂直节理较发育, 结构较疏松, 含较多孔洞, 强度较低;下部为褐黄、橙黄色粉黏土壤, 土质均匀, 致密, 结构完整, 整体性较强, 微压缩不失陷, 强度高;同时隧道位于两个冲沟交界处, 地质情况十分复杂。因此开挖过程中有地质专家时刻观测开挖面周边地质, 保证开挖的顺利进行。根据当地地质情况, 我部采用挖掘机开挖。同时, 为保证下雨之前及时进洞, 开挖速度适当加快, 以3m～4m每天为宜。

3.3 初期支护

初期支护采取“型钢+连接筋+钢筋网片+砂浆锚杆+C25纤维混凝土”的支护方式。此段隧道周边所受围岩压力相对较小, 因此, 为节约成本, 在保证隧道安全的情况下, 将型钢间距由加强段的0.6m加大到1.2m, 同时也提高了隧道施工进度。为了减小对围岩的过度扰动, 上台阶不设锚杆。初期支护在开挖后立即进行, 且边开挖边支护。下台阶的开挖支护暂时延缓, 开挖下台阶时不能过快, 开挖时需地质专家现场指导。型钢背面绑扎石棉瓦作为外模以保证喷浆质量。为改善洞内空气, 在隧道顶部纵向预留两个直径60cm的油桶作为临时排气孔, 油桶桶顶高于隧道填土, 形状犹如烟囱, 这样下雨时可防止雨水流入隧道内, 待浇注二衬时再对此进行处理。

3.4 二次衬砌

为提高生产效率、节约成本, 此段隧道二次衬砌经业主同意后变更为与相邻桩号即DIK178+080～070段、DIK178+045～020段相同支护形式, 即采用V级围岩加强段施工。二衬主筋由φ22螺纹钢改为φ25螺纹钢;纵向连接筋由φ16螺纹钢改为φ14螺纹钢;衬砌厚度由8 0 c m改为仰拱厚度60cm、拱墙厚度50cm。拱墙二衬利用台车立模浇注。同时, 为缩短隧道出洞至回填时间, 此段二次衬砌工程施工可在回填完成后施工。

3.5 二次进洞

隧道二次进洞位于一冲沟正下方, 地质情况不理想, 因此在进洞前需对洞口地段地质情况做详细调查后做出相应方案。我部在进洞前先对隧道坡面刷坡处理, 并打入超前小导管。为保证工人施工安全, 防止进洞时隧道顶部冲沟泥土滑入隧道, 进洞时采取在初期支护顶面与边坡间搭设纵向型钢, 并在型钢上铺设钢筋网片、石棉瓦、喷射混凝土的方式抵挡冲沟内可能滑下的黄土。进洞过程中时刻观察掌子面周边围岩变化, 一旦有突发情况应立即停止作业并做出相应的拯救措施。

3.6 明洞回填

待隧道二次进洞完成后立即开始拱背回填, 此时距隧道出洞仅一周时间, 可见此种方案在缩短出洞到回填时间上的优势。填土底层以粉质黄土为宜, 避免草根树皮等杂质混入填土内。明洞拱背回填应对称分层夯实, 每层厚度不应超过0.3m;其两侧回填土的土面高差不得大于0.5m。回填至拱顶时改用沙夹卵石反滤层, 回填至拱顶后须满铺分层填筑, 同时使回填面与水平面保持一定坡度, 便于排水。回填高出拱顶约60cm后铺设土工布和防水板, 切记保证防水板的完好性。最后在防水板上铺设一层30cm黏土隔水层压实即可。

4 质量控制

4.1 开挖时间的选择

不宜在雨季施工, 当必须在雨季施工时, 应加强防护, 随时监测、检查山坡稳定情况。

4.2 开挖方式的选择

开挖方式以及边坡和仰坡的坡度应根据地形、地质条件、边仰坡稳定程度和采用的施工方法确定。石质地段开挖时, 应防止爆破影响边坡的仰坡的稳定;松软地层开挖时, 宜边支护边开挖。

4.3 超前支护控制

浅埋段采用超前小导管替代长管棚支护, 施工关键是确保小导管每循环搭接长度及小导管尾部与钢架的焊接质量, 控制开挖循环进尺, 保证小导管长度不小于2.0 m, 确保超前小导管不悬空, 保证其杆体梁效应。

4.4 初期支护控制

严格控制型钢连接质量, 连接钢板采用机械成孔, 严禁气焊成孔, 连接螺栓数量、规格、质量按设计及规范要求使用, 螺栓安装必须牢固。

清除拱脚虚土, 拱脚型钢用质量较好的木板支垫, 并用锁脚锚杆固定, 确保型钢整体稳定性。

4.5 防排水设施

隧道防排水采用“防、截、排、堵相结合, 因地制宜, 综合治理”的原则, 达到防水可靠, 经济合理, 不留后患的目的。地处沟谷地段的明洞防排水着重于“防”和“排”, “防”通过土工布和防水板来实现, “排”通过明洞回填坡面排水实现。由于该沟谷地段位于纵横向两个冲沟交汇处, 水系影响较大, 土工布和防水板应加大纵、横向的铺设范围, 纵向与山体坡面搭接50cm (土工布和防水板) , 横向与冲沟上游搭接10m、与冲沟下游搭接5m, 防水板之间的搭接缝应采用双焊缝、自动爬行式热合机热熔焊接, 单条焊缝的有效焊接宽度不应小于15mm, 焊接严密, 不得焊焦焊穿。明洞回填地段周边地质情况普遍较差, 岩层相对比较松散, 回填应充分, 排、隔水措施应完善, 保证水流通畅同时避免水流对隧道明洞洞顶的冲刷, 严禁拱顶出现池塘等水坑, 减少隧道运营期间的安全隐患。

4.6 变形缝的设置

明洞地段地质变化明显, 因此明暗交界处变形缝的设置尤为关键, 这将直接影响到隧道运营后整体结构的安全性。

5 安全、环保措施

(1) 明洞施工现场设置彩旗和铁丝栅栏, 防止当地百姓进入施工现场发生安全事故。

(2) 做好天气预报的及时收听和现场地质的持续观察, 确保现场施工出于安全状态中。

(3) 明洞开挖的淤泥堆积土弃到指定的弃渣场, 禁止就地堆放污染周围环境。

(4) 施工期间始终保持工地的良好排水状态, 修建了一些临时排水渠道, 与永久性排水设施相连。

(5) 明洞洞顶设置临时排气筒改善洞内空气质量。

6 效果分析与跟踪

变更后施工方案比原设计方案造价低, 超前小导管替代长管棚施工技术降低了雨水对明洞冲刷的风险, 保证了施工安全, 工期缩短了2个月, 加快了施工进度, 增加了很大的效益。总的来说, 施工方案合理, 施工组织有力, 工程实体完成出色, 社会效益和经济效益可观。

明洞完成10d后, 当地持续降了半个月的大雨, 而雨水未对明洞带来任何灾害, 事实证明明洞质量合格, 同时也反应出该方案在时间安排上的合理性。

参考文献

[1]覃仁辉, 王成.隧道工程.

[2]张忠刚.浅谈黄土隧道洞口段施工技术要点.

隧道施工明洞暗做具体运用实例 篇4

新砦沟隧道全长344 m,起止里程为DZK207+194～DZK207+538,其中洞身DZK207+389～DZK207+450段下穿三岔沟,三岔沟内常年有水,平时水量较小,雨季水量较大。三岔沟沟心隧道通过处距进口120 m,距出口224 m,距既有线约40 m。洞身DZK207+401～DZK207+425段设计采用偏压和对称式明洞钢筋混凝土衬砌,洞身不同程度露出地面,洞顶露出地面最高处为2.25 m,洞顶设渡槽排泄地表水。地质以石英云母片岩为主,偶有石英夹杂,外露岩层风化严重。

2 施工难点分析

1)明洞大开挖施工将长期暴露该作业地点,雨季施工会使三岔沟内的流水灌入已开挖的隧道内,严重影响施工安全。2)洞内围岩裂隙水丰富,任其四处漫流浸泡将软化围岩,给洞内安全作业带来隐患。3)洞顶上覆层薄且岩质软弱,难以形成承载拱,必须采取简易稳妥有效的施工工艺予以克服。

3 施工方案

3.1 施工方案选择

DZK207+401～DZK207+425段明洞变更为暗做施工方法,洞身开挖采用微台阶法施工,台阶长度控制在3 m～5 m。既有隧道洞径D=8.9 m,根据相关经验理论,隧道开挖距既有隧道距离为2.5D时,注意采取相应措施减小爆破振动,不良地质开挖时增加0.4的保险系数。考虑到既有隧道施工于20世纪70年代,当时隧道设计标准不高,一次性将安全系数加大1倍,则换算出的安全距离为46 m,新建隧道与既有隧道的距离小于换算得到的安全距离。控爆措施是上台阶采用先掏心后扩帮,周边眼距离不大于50 cm,采用小药卷连续装药结构爆破施工的方法。支护采用注浆小导管+Ⅰ16型钢拱架+钢筋网片+喷射混凝土形式,暗挖漏顶部分钢拱架内侧挂模,进行混凝土灌注,及时形成护拱。超前注浆小导管与钢拱架配合使用形成防护体系,不仅是掌子面稳定的对策,也是改善隧道围岩稳定的对策。注浆采用渗透注浆工艺,注浆压力根据公式P=P静+0.5 MPa～1.5 MPa,结合现场注浆岩层较薄,地下水以裂隙水为主的实际情况,取注浆压力为0.5 MPa。注浆浆液为1∶1纯水泥浆,掺入3%～5%的速凝剂。

3.2 具体实施方案

3.2.1 拦坝引水

根据地形条件,在渡槽上游(0+15)m处砌筑拦坝,为防止拦坝滑移,用ϕ22砂浆锚杆进行加固。抗滑移锚杆锚入基岩不小于0.35 cm,锚杆与拦坝搭接长度不小于0.5 m,锚杆间距1.5 m～2.0 m。根据水流量,采用1根ϕ250钢管引水,埋设位置尽量靠山侧,以免影响洞身施工和洞顶渡槽施工。

3.2.2 洞身开挖

施工顺序:超前支护→上台阶掏心开挖→上台阶扩帮开挖→上台阶支护→下台阶开挖→下台阶支护→仰拱施工。

1)上台阶开挖。

根据现场实际需要,洞身开挖前,配合钢架在拱部局部设超前小导管进行预支护,小导管间距0.3 m,长度3.5 m, 外插角5°～10°,每作业循环小导管搭接长度为1 m。小导管安装完毕沿洞身中轴线由低向高,由下向上,从水少处向水多处依次注浆。当注浆压力达到设计终值并稳定10 min,且进浆速度为开始进浆速度的1/4时停止注浆。

上台阶开挖循环进尺0.8 m,炮眼深度0.8 m,爆破采用光面爆破技术,先掏心后扩帮施工方法,掏心洞尺寸为2 m×3 m(宽×高),顶部采用圆弧形式。炸药使用具有防水性能的乳化炸药,非电毫秒导爆管连成起爆网络。根据围岩的节理裂隙状态调整爆破参数,采取局部内移炮眼,局部空孔不装药,局部炮眼加密,局部调整起爆顺序等辅助措施,降低爆破震动,增强爆破效果。能采用非爆破的地段使用风镐凿除等机械施工的开挖方法,最大限度地减少围岩的损伤。

2)上台阶支护。

明洞暗做部分上台阶每一循环开挖作业完毕,立即初喷C20混凝土封闭围岩,初喷厚度不小于4 cm,然后及时套拱,及时支护。拱墙设1榀/0.8 m的Ⅰ16型钢拱架,钢拱架背后与围岩的间隙用预制的楔形混凝土块,每隔2 m的间距楔入加固牢靠。按要求设置锚杆和网片,喷射C20混凝土,喷层厚度为22 cm,要求喷面平顺无干斑流淌。

3)护拱。

明洞暗做漏顶部分在Ⅰ16型钢钢架内侧挂钢模,进行混凝土灌注,及时形成护拱,护拱厚度不小于50 cm,为防渗水,洞背回填M7.5浆砌片石改为回填C20混凝土,C20混凝土并与护拱一起浇筑,施工时,先清理渡槽范围内杂草、泥土等杂物,外漏基岩面,基岩面设ϕ22砂浆锚杆,锚杆间距1.5 m～2.0 m,锚杆锚入基岩200 cm,外漏100 cm,锚杆顶部、中部设两排ϕ22连接筋,以减少混凝土对护拱的偏压力,在上下游沿隧道方向适当位置凿15×15的小槽,以增强混凝土与基岩接触面的防渗水性,用浆砌片石外喷混凝土后作为外模,混凝土灌注完后,顶部按要求做好防水层,并做好防渗水措施,混凝土采用泵送C20混凝土。

4)下台阶开挖、支护。

下台阶开挖循环进尺2 m,炮眼深度2 m,其他爆破参数调整和喷锚网支护工艺与上台阶施工基本一致。

下台阶跳槽开挖后,边墙及时安设系统锚杆和钢拱架,喷射C20混凝土进行初期支护。施工中注意锁脚锚杆和钢拱架连接板的施工质量控制,尤其要注意钢拱架底脚必须可靠坐落在坚实的基岩面上。如达不到上述要求采取加垫板或浇筑混凝土垫梁的方式加固,并且要保证钢拱架底脚埋入仰拱混凝土深度不小于15 cm。

3.2.3仰拱施工

下台阶开挖支护长度达到5 m左右时及时进行仰拱施工,基槽开挖后及时灌注混凝土,杜绝基槽开挖后长期暴露,确保断面及早闭合。

3.2.4渡槽施工

先施工隧道通过范围的渡槽,以便隧道尽早通过三岔沟,明洞顶渡槽底板采用0.3 m厚的C20混凝土,表层设12钢筋网,间距20 cm×20 cm,保护层厚度不小于5 cm。渡槽上、下游地段采用浆砌片石顺接过渡,约每隔10 m左右设沉降缝一道,为防止沟床防护末端因掏刷而破坏,按要求设置中间垂裙和末段垂裙。

经过上述各阶段施工,明洞暗做段工程总体效果见图1。

4结语

1)通过对新奥法施工中喷锚网支护手段的合理组合和应用,在薄上覆层地质不良情况下开挖该隧道洞身取得了良好的成型和稳定效果。2)注浆压力选择和注浆施工过程控制是注浆取得效果的关键。从开挖下来的岩体来看,浆液在岩体中呈树枝状分布,注入的浆液呈薄片状,起到了一定的固结围岩和阻塞止水的作用。3)从爆破效果来看,由于采用了先掏心后扩帮的爆破方法,增大了爆破自由面,同时采取其他控爆手段合理配合,可有效降低爆破震动,减少对遗留岩体的损伤,提高洞身成型效果。4)开挖后的及时支护和细部质量控制,是发挥强支护作用控制围岩变形,克服上覆层薄难于形成承载拱,确保明洞暗挖成功的关键,同时要求各工序衔接紧密、有序、快速、均衡。

由于采取的施工方案得当,新砦沟隧道DZK207+401～DZK207+425段明洞暗做大大减少了该作业场所外暴露的时间,降低了雨季三岔沟洪水灌入洞内的风险,克服了裂隙水随意漫流软化洞内围岩和上覆层薄难于形成承载拱的施工难点,在没有增加费用采取特殊防护的情况下,新隧道洞内作业的同时确保了既有隧道的运营安全。

参考文献

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]吴焕通.隧道施工组织及管理指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

[3]中铁二局集团有限公司.铁路隧道施工规范[M].北京:中国铁道出版社,2002.

隧道明洞段滑坡的整治研究 篇5

新建石武客运专线蒋家楼隧道明洞位于出口段, 全长542m, 本段地形为一面坡, 东高西低, 自然横坡为15~35°, 明洞通过斜坡下部坡麓地带, 斜坡坡面植被发育, 为灌木及杂草, 局部垦为稻田。地表沟谷较多, 起伏较大, DK1071+333~DK1071+450 段位于顺线路走向的冲沟内。

该段上覆第四系全新统洪坡积层 (Q4PL+DL) , 第四系残坡积层 (Q4dl+el) 粉质黏土, 块石土厚度2~7m, 下伏基岩为下元古界洪群七角山组 (Ptlq) 全风化角闪片麻岩, 纳长片麻岩, 受构造影响, 原岩结构大部已破坏, 产状多变, 节理发育, 厚度3~15m, 广泛分部隧址区, 片理走向顺向明洞方向, 中心最大开挖深42m。

原设计明洞开挖采用墙顶开挖法, 分级开挖, 分级施作锚喷防护, 临时边坡 (回填部分) 采用1:0.75, 永久边坡采用1:1.25~1:1.5。设计主要防护措施:局部边坡根据地质条件采用喷锚网防护, 支护参数为:Φ22全螺纹砂浆锚杆L=4m, 间距1.5m×1.5m, 梅花形布置;钢筋网采用φ6, 网格25×25cm, 喷C20砼厚10cm。永久边坡在喷锚网基础上采用喷砼植生技术对边坡面进行植草绿化。

2 塌方及处理情况

2.1 塌方情况

(1) DK1071+333~DK1071+378段左侧:蒋家楼隧道地质围岩条件差, 大多为Ⅴ级围岩, 根据现场实际情况在DK1071+333处增开横通道作业面。该段位于横洞口, 在该段边坡开挖至洞底以上约5m左右时, 发生边坡溜坍, 坡顶有两处裂缝, 滑裂面光滑, 夹有泥土, 塌体内有0.5~1m较大孤石, 坍方量2000余方。问题出现后, 施工单位将开挖边坡坡度放缓到1:1, 分两个台阶进行刷坡 (并同时施作截水天沟) , 边坡开挖成型后, 采取了防护措施:一级平台用锚杆采用φ22mm全螺纹钢筋, L=3m, 间距1.5m×1.5m, 梅花型布置;喷射C20混凝土, 厚10cm;钢筋网采用φ6, 网格20×20cm。当一级平台边坡防护施工一半时, 一级平台边坡又发生第二次滑坡, 纵向长度约15m (DK1071+343~+358段) , 横向最大宽度2m。牵动一级平台滑移纵向10m, 横向最大宽度2.5m, 坍方量3000方。 (1071+335横断面示意图1)

(2) DK1071+700~+770 段左侧:塌方前, 该段明洞附近滑坡段正在进行钻孔的作业人员听到异响, 施工人员立即撤离, 约半小时后, 边坡发生大面积滑坡。滑坡体长约70m, 滑坡厚约6m, 高约25m;滑移体表层为粉质粘土, 并伴有杂草灌木, 下伏为强风化片麻岩, 块状体2~5m3大小不等, 顺层坡面形态明显, 前沿隆起。到6 月5 日17 时, 滑坡体仍有蠕动, 两侧与沟谷分界线呈现圈椅状, 上宽下窄, 长度约70m, 高约32m, 厚约9m, 滑坡体约21000 立方。 (1071+750 横断面示意图2)

(3) DK1071+855~875 段左侧:该段位于大里程与暗洞相交处, 滑坡体呈现圈椅状, 厚度7- 20m不等, 坍方量约2000 方。 (1071+870横断面示意图3)

2.2 塌方后处里情况

目前三处滑坡中第一段DK1071+333~DK1071+378 已清除滑坡体, 该段边坡高度约24m, 上层边坡坡度为1:1.5, 下层边坡坡度为1:1.25, 台阶宽4m, 并在台阶上设截水沟;采用墙底开挖, 对坡面采用了锚管 (L=4.5m, 间距1.5×1.5m, 梅花形布置) 加固处理, 挂网喷砼防护措施, 处理后边坡稳定。

另两处边坡滑坍后, 造成已施工的边坡锚喷防护坍塌, 坡顶天沟被毁。滑坡体表面为褐红色粉质粘土、碎石组成, 下伏基岩为角闪片麻岩, 滑动面为土岩接触面, 大致均以明洞拱腰、拱脚穿过, 该滑动面光滑顺层层理明显, 前沿隆起, 后沿坡顶形成错台。两侧以沟谷为界, 外形呈圆椅状, 一旦明洞继续下挖, 将使山体变形进一步扩大, 诱发较大规模滑坡。因此, 急需一个可行性方案对明洞边坡进行治理。

三处滑坡代表性断面见示意图1~3 (面向大里程方向)

3 优化方案

以DK1071+700~770 为该段明洞滑坡整治工程代表性断面 (该处边坡高度约为42m) , 滑坡主轴断面DK1071+750 见图2, 该滑坡为顺层滑坡, 上宽下窄, 长度约70m, 高约32m, 厚约9m, 滑坡体约21000 立方, 为确保施工安全和明洞结构安全, 根据边坡的实际工程地质条件, 采取主要措施为:永久性边坡采用锚索框架梁加固, 临时边坡采用锚杆、挂网喷砼防护措施, 同时将开挖边坡放缓, 按10m一级增设平台, 在拱顶140 度范围内开挖施做砼护拱, 在护拱的保护下开挖下部, 两侧侧墙部分按Ⅴ级围岩浅埋偏压支护参数进行支护, 衬砌按Ⅴ级围岩浅埋偏压复合式衬砌进行施工。其具体方案如下:

3.1 边坡开挖:对于临时边坡按1:1.25 的坡率开挖, 永久性边坡采用1:1.5 的坡率开挖。边坡开挖时先开挖至拱顶, 分台阶开挖, 每级台阶高度不超过10 米, 每级台阶宽不小于4 米。开挖时注意开挖一级防护一级, 自下而下分级开挖。其边坡开挖最低处为拱顶下3.59m。

3.2 边坡防护:对于永久性边坡采用预应力锚索框架梁防护, 锚索水平间距3m, 竖向排距4m, 单孔锚索由5 根1860MPa级直径15.24mm, 钢绞线组成, 设计每孔张拉为350KN, 锚索长度采用20米, 锚固段、自由段各10m, 框架梁截面尺寸采用50×50cm, 框架内喷混植生。临时边坡采用锚喷网防护, 锚杆采用 φ22mm全螺纹砂浆锚杆, L=4.5m, 间距1.5×1.5m, 喷射C20 混凝土, 厚10cm, 钢筋网采用 φ8, 网格采用25×25cm。每级边坡之间4 米宽平台采用M10浆砌片石铺砌, 厚30cm。

3.3 明洞顶部140 度范围设置护拱, 护拱中按Ⅴ级围岩浅埋偏压复合式衬砌支护参数设置I22a工字钢架及钢筋网, 便于与侧墙支护钢架的连接, 护拱采用C30 砼厚60cm;两侧设扩大拱脚, 扩大拱脚厚60cm, 宽120cm。在护拱保护下开挖下部洞身部分, 两侧侧墙部分按Ⅴ级围岩浅埋偏压支护参数进行支护, 两侧开挖交错进行, 错开距离不小于10m。衬砌参照Ⅴ级围岩浅埋偏压复合式衬砌进行施工。详见图4。

4 结论

以上的优化方案是全面考虑了对施工有影响的各种情况, 结合几处塌方段的特征, 对明洞段的一个综合处理措施, 为以后的明洞边坡塌方的处理提供了宝贵的经验。

参考文献

[1]吴焕通, 崔永军.隧道施工及组织管理指南.人民交通出版社, 2004.

[2]TZ214-2005客运专线铁路隧道工程施工技术指南.中国铁道出版社, 2005.

公路隧道明洞结构荷载计算方法 篇6

随着近年公路隧道的飞速发展以及公路环保意识的加强,明洞结构使用越趋频繁,从工程实践来看一般占项目工程隧道的0.5%～2%不等。明洞结构荷载明确,与地面结构较为接近,一般采用荷载结构法进行计算。但是由于公路隧道本身具有自身的一些特殊性,不能简单套用其他行业规范的荷载计算方法,因而造成设计人员难以确定荷载取值。本文根据有关行业规范和实际工程的计算经验对目前常用的明洞荷载计算方法做一个系统的论述和总结,为工程设计提供参考。

1 作用于明洞结构上的荷载分类

作用于明洞结构上的荷载可根据表1进行分类[1,2]。

2 水土合算与分算

隧道结构埋藏于地下,其荷载必然有土压力和水压力,一般说来涉及土压力及水压力时通常都有两种方法称为水土的分算与合算。在实际计算中采用哪一种方法应根据围岩或填土的实际情况以及计算工况来决定,一般应符合以下原则[3]:

1)当计算使用阶段工况的荷载组合时无论砂性土或粘性土,都应采用水土分算原则进行计算。

2)当验算施工阶段工况的荷载组合时可根据围岩的实际情况区别对待,至于渗透系数较小的粘性土地层或采用粘性土作为回填土时可按水土合算的方式进行计算;当回填土料或围岩为砂性土时应采用水土分算的方式进行计算。

另外关于这两种计算方法还有三点应该说明:

1)无论是水土合算还是水土分算,其围岩的强度参数都应采用三轴试验的固结不排水剪强度参数(CU)[4,5];

2)在验算施工阶段的荷载组合时对于基础为粘性土的隧道在计算施加在隧道底部的浮力时应适当折减或把仰拱以下的粘土层作为压重层考虑;

3)当采用水土分算时在计算土压力时应采用浮容重,当采用水土合算时应采用饱和容重。

3 主要荷载计算方法

3.1 土压力

土压力的计算虽然比较复杂但是其计算理论却讨论的最多,在大多数隧道计算手册中均有论述,故本文就跳过该部分,详细的计算方法见有关设计手册或规范。

3.2 水压力及浮力[3]

如果明洞回填以后地下水位较高,且隧道结构采用全包防水,则此时结构将受到水压力和浮力的作用。

作用在地下结构上的水压力,原则上应采用孔隙水压力,但孔隙水压力的确定比较困难,从实用和偏于安全考虑,设计水压一般都按静水压计算。其次确定设计地下水位时还应注意以下问题:

1)在确定设计地下水位时,不能仅凭地质勘察取得的当前结果,必须估计将来可能发生的变化。尤其是近年对水资源保护的力度加大,需要考虑结构在长期使用过程中地下水位可能的变化。

2)符合结构受力的最不利荷载组合的原则:应根据结构实际受力的情况分别使用高水位及低水位进行计算。

3.3 混凝土收缩及徐变作用[2,3]

超静定或厚度大的混凝土结构应考虑混凝土收缩的影响,一般采用降温法进行模拟。为了考虑这种影响,国内外的通常做法是通过弹模折减的方法模拟,弹模折减为原来的0.45倍。由于考虑徐变影响需要折减弹模,当需要计算混凝土收缩徐变作用及其他荷载共同作用时使用降温法就会出现困难(在其他工况下弹模是不予折减的),因此为了可以结合其他荷载计算,可先通过对折减弹模后的结构施加降温,将其产生的应力作为应力荷载使用来实现多种荷载作用下的混凝土收缩徐变作用。

3.4 公路车辆荷载[7,8]

根据现行JTG D 60-2004公路桥涵设计通用规范汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成,当进行整体计算时应采用车道荷载,而当考虑局部加载时则应使用车辆荷载。对于隧道内行驶的车辆荷载应采用车辆荷载进行计算。对于拱顶上方车辆荷载的计算应根据行车方向与明洞轴线的关系以及有无填土等因素综合考虑。

1)当行车方向与隧道轴线方向垂直时可采用车道荷载、洞顶车道数以及横向折减系数进行计算,其中Pk(集中力)的位置应根据使计算确定布于最不利位置,除此以外由于洞顶存在填土还应考虑因填土产生的荷载横向扩散效应,一般荷载扩散角可取25°～30°。

2)当行车方向平行于明洞轴线时车作用于隧道结构上的荷载较行车方向垂直于明洞轴线时复杂得多。一般根据隧道顶部是否有覆土分成两种不同的算法。

第一种情况,洞顶没有覆土或覆土很薄(此时隧道的顶板一般是平的),此时车轮荷载将直接作用在隧道顶板上(一般在隧道顶板上有一层10cm的装饰层)。车轮荷载作用在隧道顶板上,其产生的荷载效应通常是由一定纵向宽度的板条来承担的,其宽度的大小称为板的有效工作宽度。

从单个车轮在板上的有效荷载分布情况,可以看出当车轮从板的中轴线向边跨移动时车轮荷载的扩散面积是减少的,因而作用在计算条带上的荷载就会增加,但是由于车轮移离中轴线对于板的弯矩效应也是递减的,所以对于以弯矩控制的板其最不利荷载布置方式并不一定就位于跨中。最好解决上述问题的方法是通过板的空间加载,求出最不利加载方式以后再使用平面梁模型进行计算,根据作者的经验(面板允许多辆车加载时)一般把两辆车对称布于中轴线的两侧为最不利。

第二种情况,当洞顶有覆土时,由于顶板覆土对车轮荷载起了一定的扩散作用,此时车轮荷载作用在隧道顶板上的横向宽度较没有覆土时要宽得多,因此此时荷载在顶板上的作用使用均布荷载表现更为恰当。当覆土厚度大于2m时不妨参考现行GB50157-2003地铁设计规范取10kPa均布荷载作为车辆荷载作用。

3.5 温度荷载

隧道回填以后,地下结构外侧温度基本与周边土体温度一致,一般较为恒定,温度日差较小,而隧道内由于通风等原因温度则有较大变化,因此作者认为计算衬砌内外侧温差较计算衬砌整体的升温或降温更为重要。

目前对于公路隧道内外壁温差的取值方法仍没有具体的规定,通过作者的实际计算一般取10℃～15℃即可,同时还应注意在计算温度应力所产生的内力时应同时考虑混凝土徐变的影响,因此计算时弹模应取材料弹模的0.7倍。

摘要：结合相关行业规范和实际工程的计算经验,对目前常用的公路隧道明洞结构荷载计算方法进行了系统的介绍和总结,针对作用于明洞结构上的不同荷载分别阐述了水土合算与分算的选用原则及其他主要荷载的计算方法,以期指导公路工程设计。

关键词：公路隧道,明洞,荷载,计算方法

参考文献

[1]JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].

[2]TB 10003-2001,铁路隧道设计规范[S].

[3]GB 50157-2003,地铁设计规范[S].

[4]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[5]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规范[S].

[6]铁路工程设计技术手册——隧道分册[Z].2000.

[7]JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[8]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

明洞施工 篇7

明洞结构可分为拱形明洞、框架式明洞及棚洞等类型, 其采用明挖法修筑。所谓明挖是指把岩体挖开, 在露天条件修筑衬砌, 之后回填土石及种植土、洞顶植草绿化等工程。明洞外形、净空与隧道相同。与地表相连处, 设有端墙式或削竹式洞门及完善、系统的截排水设施。

明洞一般修建在隧道进、出口位置, 当地质条件差且洞顶覆盖较薄时, 暗挖法难以实现进洞, 或隧道口路堑边坡有落石, 危及车辆安全时需修建明洞。明洞为隧道洞口起防护作用的重要构造物, 在山区公路上使用较多。

2 明洞回填设计

明洞结构类型有多种形式, 最多的为拱式、棚式明洞两种, 其中拱形明洞使用较多。按洞顶排水需要, 设计明洞回填坡度不宜小于2%;一般落石、坍塌情况下, 回填土石坡度宜为1∶5~1∶3;可能发生的较大塌方、泥石流、滑坡时, 回填土石坡度宜为1∶3~1∶1.5。明洞施工时往往受地形条件限制两侧边坡均较高, 隧道局部两侧边坡高差5m以上, 使其回填坡率较大。一般情况下回填坡率越大, 作用在明洞顶不对称压力越大, 明洞结构越不安全, 容易在偏心拱侧开裂, 故需限定明洞回填最大土层厚度及洞顶回填坡率。

3 明洞衬砌结构内力计算分析

为分析不同回填坡率下明洞洞顶最大回填厚度, 现以洞顶回填厚度5m、回填坡率0%和20%为例, 计算比较不同坡率下结构内力。

3.1 计算参数

明洞回填侧压力分墙背和拱圈两部分, 分界位置以最大跨度为界, 分界高度以上拱圈回填侧压力根据边坡开挖采用有限或无限土体法计算, 计算参数见表1。

衬砌结构厚65cm, 混凝土强度等级C30;钢筋型号Φ22, 间距20cm, 即每延米单侧5根, 配筋面积1900mm2/m。

3.2 计算结果分析

计算时回填坡面自左向右逐渐加高进行模拟, 计算结果如图1~图6。

结合图1、图2可以看出, 回填坡率20%时填土坡面较高一侧轴力有所增加, 右拱脚处增大最多, 约4.5%, 填土坡面较低一侧相应减小。总体而言, 回填坡率20%与回填坡率水平时比较, 轴力增减幅度不大, 说明采用不同回填坡率对轴力影响较小。

从图4可以看出拱顶最大截面弯矩发生显著偏移, 右侧控制截面弯矩明显大于左侧, 其中仰拱变化最大;回填坡率20%相对回填坡率水平右侧截面弯矩增幅较大, 左侧墙脚、拱脚变化不大。从弯矩增幅大小和影响部位来看, 不同回填坡率对典型控制截面的位置偏移变化均有较大影响。

截面偏心距反映了明洞衬砌结构受力状态, 偏心距越大, 截面承载能力越差, 其偏心受压状态越严重。比较图5与图6可得出, 截面偏心距分布规律与弯矩分布规律相似, 回填坡率20%右侧偏心距较回填坡率水平有所增加。最大偏心距出现在拱顶, 具体位置向右偏移了一定角度。

通过计算模拟、分析可看出, 不同回填坡率对轴力的影响较小, 但对弯矩、截面应力及偏心距的影响较大, 在非对称荷载作用下截面承载能力出现明显偏压特征, 填土较高一侧截面弯矩、偏心距要大于填土较低一侧, 而且这种变化趋势会随回填坡率的增加而增大, 这种情况将导致结构整体承载能力降低。因此设计或施工中回填坡率对结构受力性能所产生的不利影响一定要引起足够的重视, 设计施工时应结合洞室形状、边界条件和回填土厚度等因素采用合理的回填坡率。

4 明洞合理回填厚度计算分析

通常设计规定明洞回填土高度不大于5m, 回填坡率为3%, 本文将以普通明洞结构为研究对象, 明洞厚度65cm, 回填土层厚度4~9m不等, 回填坡率水平0%~40%的各种不同形式对衬砌结构进行分析, 以确定合理的回填参数。不同回填坡率工况下拱圈及墙背侧压力系数见表2。

图7~图10是按不同回填坡率绘制的截面强度安全系数随不同回填厚度变化图。图中拱顶埋深指拱部最高点到地表垂直距离, 典型截面选取拱顶、左右侧拱脚、左右侧仰拱共5处, 进行强度验算。

4.1 安全系数变化分析

水平回填时明洞两侧土压力相同, 内力左右对称, 相同高度位置安全系数相等, 左右仰拱、拱脚安全系数基本重合, 且拱顶处安全系数明显小于仰拱、拱脚部位, 约为拱脚处50%, 0%回填坡率下安全度相对关系:拱顶<拱脚<仰拱。

回填坡率增大到10%时, 左拱脚、左仰拱安全系数曲线无明显变化, 右拱脚、右仰拱曲线受回填坡率影响较大。

当回填土坡率达到25%时, 两侧拱脚安全系数位于两侧仰拱之间, 右仰拱安全系数相对于左仰拱, 埋深4m时减少44%, 9m时减少更加多, 达到57%, 此时结构呈现明显偏心受压, 该回填坡率下截面安全度相对关系为:拱顶<右仰拱<右拱脚<左拱脚<左仰拱。

回填坡率大于40%时, 曲线变化趋势相似。

4.2 不同回填坡率合理回填厚度分析

明洞衬砌按破损阶段法验算衬砌强度时, 安全系数应大于等于2.0, 即不同回填坡率下最大回填厚度所产生的地层应力, 应保证衬砌各截面安全系数满足要求。综合图7~图10中截面安全曲线变化范围, 拱顶, 左拱脚、右拱脚、左仰拱、右仰拱, 除拱顶外其它截面均满足规范要求, 故以拱顶强度验算结果为控制标准, 以此划分回填厚度。

不同回填坡率下拱顶安全系数见表3。

回填土厚度划分范围以拱顶截面安全系数大于2.0为下限, 以回填坡率25%为例, 埋深7.0m时安全系数为2.0, 满足规范要求;7.5m时为1.9, 不满足规范要求。故该坡率下回填土厚度最大为7.5m, 若超过7.5m需加大明洞厚度或增加明洞配筋。根据表3可得出明洞合理回填厚度如表4所示。

5 总结