馮登堯 曾勁松 魏仔宜
貴州高速公路集團有限公司 貴州貴陽 550025
某城市快速路K2+283.908—K3+014 段為隧道明挖段,隧道面積為28200m2(長730.092m)。由于道路兩側有既有建筑,車行地通道基坑開挖無放坡條件,設計考慮在地通道左、中、右分別設置支護樁(作為結構),地通道分左、右幅分幅分段施工。
明挖段地質結構主要分為砂巖、泥巖,取距離明挖段設計起點80m 處橫斷面地質構造,場地原始地貌為構造剝蝕淺丘地貌,埋深5m,右側上方有定普工貿有限公司,為保證結構安全,試算采用分層式結構明挖段整體安全分析以及支護樁結構安全分析[1-3]。
本次開挖工藝模擬根據隧道斷面尺寸、圍巖等級和周邊環境,采用明挖法施工,分析在此施工工藝之下,圍巖應力、變形及支護樁的應力、形變,通過綜合分析,選擇安全經濟合理的施工方式[4]。
數值模擬軟件對隧道開挖進程進行模擬時,模型采用平面二維計算,為減小邊界效應保證計算的準確性,建立的平面模型圖1 所示。
圖1 平面模型的網格劃分
第二層土體開挖時,圍巖整體位移云圖如圖2、圖3所示,最大水平位移為28.4mm,最大沉降量為15.0mm。
圖2 圍巖水平方向位移云圖
圖3 圍巖豎直方向位移云圖
第二層土體開挖時,圍巖整體應力云圖如圖4、圖5所示,圍巖最大第一主應力為0.13MPa,最大第三主應力為0.93MPa。
圖4 圍巖第一主應力云圖
圖5 圍巖第三主應力云圖
豎向支護樁安裝后,支護樁整體位移云圖如圖6、圖7 所示,最大水平位移為0.35mm,最大豎向位移為5.64mm。
圖6 圍巖水平方向位移云圖
圖7 圍巖豎直方向位移云圖
對圍巖位移、圍巖應力和支護樁應力的位移和受力分析,對隧道洞口段采用明挖法的施工,進行綜合判定。
對圍巖位移的變形分析如表1 所示。
表1 圍巖位移分析表 mm
對圍巖應力的分析如表2 所示。
表2 圍巖應力分析表 MPa
對支護樁應力的分析如表3 所示。
表3 支護樁位移分析表 mm
對支護樁應力的分析如表4 所示。
表4 支護樁應力分析表 MPa
(1)采用明挖法施工,根據圍巖整體位移分析可知,最大水平位移為28.4mm,而受主要影響的豎向變形中,最大變形為67.8mm,其中,在開挖地層土初始階段,由于兩邊邊坡側缺少支護,會有不同均值的豎向位移形變,數值較小,均在合理安全范圍內;施工時需注意保證右側邊坡穩定,保證廠房安全。
(2)通過對圍巖應力分析可知,最大第一主應力為14.7MPa,最大第三主應力為16.8MPa。其中,最大值出現在回填之后,豎向應力由于重力及不同荷載的影響,出現應力峰值,均小于圍巖抗壓強度。
(3)通過支護樁分析可知,最大橫向位移為2.76mm,最大豎向位移5.64。位移變形只要發生在開挖階段,由于開挖引起的地面不均勻沉降,支護樁橫向、豎向均產生了不同的位移,變量均在可接受范圍內。
(4)通過支護樁分析可知,最大第一主應力為14.7MPa,最大第三主應力為16.8MPa。受力最大荷載步為回填完成后,開始承受回填土及荷載壓力,最大值出現在支護連接處。
(5)該工程洞口段采用明挖方式,通過對模擬計算結果分析,采用明挖方式產生的位移及應力均在合理范圍內,總體上說,該施工受填土地質特性影響,以及上方廠房和周圍建筑物的存在。建議通過對位移過大的區段進行二次加固,對圍巖壓力與支護樁受力過大的區段進行強加護;或者優化方案,充分考慮該地區的地質圍巖條件,在滿足結構穩定安全的前提下,調整隧道設計或變更設計施工方案,綜合受理分析和經濟合理考慮,選擇最佳方案。