暗挖黏土隧道復(fù)合式襯砌無錨支護(hù)研究

鄭召怡，黃 峰，劉傳佩

（濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250101）

暗挖黏土隧道復(fù)合式襯砌無錨支護(hù)研究

鄭召怡，黃 峰，劉傳佩

（濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250101）

目前城市地下道路暗挖隧道支護(hù)設(shè)計(jì)除盾構(gòu)外，主要還是借鑒山嶺隧道的錨噴支護(hù)，然而城市地下暗挖隧道埋深較淺、相當(dāng)一部分為土質(zhì)隧道，其設(shè)計(jì)施工與山嶺隧道有著較大的不同。國內(nèi)外眾多學(xué)者對此也提出了各自的見解，尤其對土質(zhì)隧道中系統(tǒng)錨桿的作用眾說紛紜。為此，現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)踐從設(shè)計(jì)施工和監(jiān)控等方面對城市淺埋暗挖土質(zhì)隧道中錨桿的作用機(jī)理，以及作用效果進(jìn)行了充分的對比研究，提出了筆者的見解，對指導(dǎo)以后類似環(huán)境條件下的隧道設(shè)計(jì)施工將具有重要的理論意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

暗挖粘土隧道；無錨支護(hù)；復(fù)合式襯砌；淺埋

1 依托工程概況

濟(jì)南市玉函路地下隧道為雙向4車道連拱隧道，北起玉函立交，南至七里山路以南，全長3.26 km，為國內(nèi)最長的市政雙連拱隧道。隧道埋深為8～10 m，沿市政玉函路走向，現(xiàn)狀玉函路兩側(cè)均為居民樓，距離隧道邊線4～8 m。該隧道洞身段所處地質(zhì)巖石和粘土間隔分布，其中土質(zhì)段隧道約占1.2 km，土層自上而下分述如下：

雜填土：雜色，松散～稍密，含大量磚塊、碎石、灰渣、混凝土塊等建筑垃圾。該層分布較連續(xù)，土層厚度2～3 m。

素填土：褐黃色～黃褐色，硬塑，局部呈堅(jiān)硬狀態(tài)，稍密，稍濕，以粘性土為主，含植物根系、有機(jī)質(zhì)、少量磚屑、灰渣，土質(zhì)較均勻。該亞層分布不連續(xù)。土層厚度1～3 m。

粉質(zhì)黏土：淺棕黃～棕黃色，可～硬塑，局部呈堅(jiān)硬狀態(tài)，含鐵錳氧化物、零星碎石。土層厚度15～20 m。

3.畜禽發(fā)病時(shí)，重點(diǎn)是查明并清除病因，改善、加強(qiáng)飼養(yǎng)管理，飼喂富含硫胺素的日糧，飼喂符合營養(yǎng)需要的全價(jià)配合日糧，并注意搭配細(xì)米糠、麩皮、豆類、青菜、青草等多含維生素B1的飼料。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

為更加準(zhǔn)確地模擬隧道襯砌的受力狀態(tài)，充分展現(xiàn)無錨與有錨支護(hù)的異同，特在粘土段同一位置附近，設(shè)計(jì)一段不同于其他支護(hù)參數(shù)的隧道襯砌類型，同時(shí)在相同位置布置監(jiān)控儀器，以獲取更具有可比性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。支護(hù)參數(shù)如表1所列。

表1 支護(hù)參數(shù)表

3 計(jì)算模型及結(jié)果分析

有錨支護(hù)和無錨支護(hù)采用相同計(jì)算模型，相同開挖工序，唯一區(qū)別有錨支護(hù)采用了系統(tǒng)錨桿，無錨支護(hù)不采用系統(tǒng)錨桿。計(jì)算模型為橫向100 m，豎向?yàn)?0 m（見圖1）。

表2 圍巖參數(shù)表

3.1 圍巖參數(shù)（見表2）及計(jì)算模型

圖1 計(jì)算模型

（1）采用的模型假定為均質(zhì)、各向同性。

計(jì)算假定：

動(dòng)點(diǎn)問題是近幾年中考熱點(diǎn)，以幾何知識和幾何圖形為背景，通過點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)或圖形的變換，考察學(xué)生的直觀想象與演繹推理.學(xué)生解決動(dòng)點(diǎn)問題的瓶頸主要表現(xiàn)在：點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)帶來空間幾何圖形想象的困難；遺漏對點(diǎn)的位置分類；難以在運(yùn)動(dòng)變化中找到不變的性質(zhì).這些學(xué)習(xí)瓶頸提出了對加強(qiáng)直觀想象核心素養(yǎng)培養(yǎng)的迫切需求.以動(dòng)點(diǎn)問題為背景，教師錄制如何利用幾何畫板工具探索解題思路并解決問題的過程，讓學(xué)生通過重復(fù)觀看，積累和豐富數(shù)形結(jié)合的思維經(jīng)驗(yàn)，教會他們使用幾何畫板探索思路、分析問題、解決問題的能力，從而鞏固數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識和技能，發(fā)展直觀想象，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和樹立信心.

ATB施工前應(yīng)對原材料與施工機(jī)具進(jìn)行檢查，確保料倉材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，設(shè)備能正常啟動(dòng)運(yùn)行，可滿足施工需求?，F(xiàn)場鋪筑ATB混合料前，應(yīng)檢查水泥穩(wěn)定碎石下承層的施工質(zhì)量，確保水穩(wěn)層表面無松散、離析、油斑、脫落及污染等情況，必要時(shí)可進(jìn)行挖補(bǔ)處理，滿足施工要求后方可噴灑透層油，進(jìn)行ATB結(jié)構(gòu)層施工[3]。

4.2 數(shù)據(jù)分析

規(guī)劃區(qū)域排澇標(biāo)準(zhǔn)與渠北運(yùn)西片排澇標(biāo)準(zhǔn)一致，即入海水道不行洪為20年一遇、行洪期間達(dá)到10年一遇，河道斷面設(shè)計(jì)根據(jù)區(qū)域內(nèi)及上游排澇流量確定，以保證上游正常排澇；沈湖出口處設(shè)置節(jié)制閘，當(dāng)柴米河高水下壓大治河時(shí)，關(guān)閉該閘，柴米河高水經(jīng)上游泵站抽排，以保證大治河下游的正常排澇；區(qū)域內(nèi)增設(shè)外排泵站，抽排區(qū)域及上游澇水入京杭運(yùn)河，保證規(guī)劃區(qū)域排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)又能提高整個(gè)渠北運(yùn)西片的外排能力。

3.2 計(jì)算結(jié)果及分析

課內(nèi)，在法國學(xué)校教育體系中，藝術(shù)與文化教育是小學(xué)和初中的必修課程，高中階段則可根據(jù)學(xué)校的情況開展相關(guān)選修課，國家不作具體要求。

其計(jì)算結(jié)果見圖2～圖5所示。

圖2 軸力圖（有錨）

圖3 彎矩圖（有錨）

圖4 軸力圖（無錨）

圖5 彎矩圖（無錨）

4.1 傳感器的布置

（2）模型的屈服準(zhǔn)則采用較為適用巖土材料的Mohr-Coulomb準(zhǔn)則。

4 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及結(jié)果分析

根據(jù)有限元軟件施工數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析可知，采用傳統(tǒng)錨噴支護(hù)（設(shè)系統(tǒng)錨桿），初期支護(hù)的最大軸力為917 kN,最大彎矩為53 kN·m；采用無錨支護(hù)（不設(shè)系統(tǒng)錨桿），初期支護(hù)的最大軸力為936 kN,最大彎矩為56 kN·m。通過對比可知，采用無錨支護(hù)方式的初支內(nèi)力軸力僅增加了2%，彎矩增加了5%。因此，可很明顯地得出一個(gè)這樣的結(jié)論：對于軟土隧道，系統(tǒng)錨桿所起的作用是有限的，效果微乎其微。

初期支護(hù)共設(shè)兩類傳感器，型鋼拱架軸力傳感器和錨桿軸力傳感器。型鋼拱架軸力傳感器均設(shè)置在兩種支護(hù)類型邊墻軸力最大的起拱線位置，錨桿軸力傳感器均設(shè)置在正洞拱頂位置。每種支護(hù)類型各設(shè)五個(gè)壓力傳感器，數(shù)據(jù)處理時(shí)除去異樣數(shù)據(jù)后，取平均值。圖6、圖7為數(shù)據(jù)整理后傳感器距離掌子面的距離-軸力數(shù)值曲線圖。

圖6 拱架距離-軸力數(shù)值曲線圖

圖7 錨桿距離-軸力數(shù)值曲線圖

（3）假定變形模量、巖體密度、摩擦角、黏聚力等物理參量在計(jì)算過程中保持不變，即不考慮巖體的變形致密效果。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測到的距離-軸力數(shù)據(jù)，有錨和無錨兩種支護(hù)類型鋼架軸力之差，略小于有限元軟件計(jì)算得出的鋼架軸力之差。圖8為錨桿軸力圖。根據(jù)圖7、圖8可知，利用有限軟件得出拱頂錨桿軸力為66 kN，遠(yuǎn)大于實(shí)際監(jiān)測到的錨桿軸力20 kN；拱頂錨桿軸力隨掌子面推進(jìn)軸力急劇增大，之后隨掌子面推進(jìn)和時(shí)間的推移軸力慢慢降低。因此，可很明顯地得出一個(gè)相同的結(jié)論：對于軟土隧道，系統(tǒng)錨桿所起的作用是有限的，效果微乎其微；系統(tǒng)錨桿在開挖初期能夠提供部分作用，隨著時(shí)間推移，錨固效果慢慢失效。

5 結(jié)論

通過對軟土隧道中錨桿軸力，以及初支軸力的現(xiàn)場測試與統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合有限元軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，研究了軟土隧道中錨桿的支護(hù)效果及機(jī)制，得到以下結(jié)論:

圖8 錨桿軸力圖

（1）對于軟土隧道，由于錨桿錨固力有限，如果僅通過大大加長錨桿的長度來達(dá)到錨固效果，首先施工不具備可行性，其次造價(jià)將會大幅度增加；如果僅通過適當(dāng)加長短而密的錨桿長度，同樣難以達(dá)到預(yù)期錨固效果。

面對這些問題，當(dāng)?shù)芈糜喂芾聿块T責(zé)無旁貸，不僅要在事發(fā)之后進(jìn)行查處，同時(shí)還要“防患于未然”，從根本上治理旅游亂象。與其后發(fā)制人，在城市名譽(yù)被損害后再行動(dòng)，不如主動(dòng)出擊，在游客到來之前就造就一個(gè)良好的旅游環(huán)境，形成口碑效應(yīng)。

（2）對于軟土隧道，通過有錨支護(hù)和無錨支護(hù)兩種支護(hù)類型初期支護(hù)內(nèi)力的對比，錨桿對初期支護(hù)的內(nèi)力影響很小，充分說明了錨桿的作用效果很小，甚至無效。

（3）軟土隧道施工過程中，由于施工空間狹小，系統(tǒng)錨桿施工不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，作用效果又不顯著，而且延誤了支護(hù)的最佳支護(hù)時(shí)機(jī)，使洞室變形加劇。試驗(yàn)表明，軟土隧道取消系統(tǒng)錨桿，既減少了施工環(huán)節(jié)，縮短了工期，對洞室的穩(wěn)定性影響很小，同時(shí)又明顯降低了工程造價(jià)，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會效益。

（4）對于軟土隧道，由于系統(tǒng)錨桿的作用效果很小，可取消系統(tǒng)錨桿，改為通過適當(dāng)增加噴射混凝土的厚度或拱架數(shù)量來加強(qiáng)初期支護(hù)強(qiáng)度，確保具有較大的內(nèi)壓。

U455.7

A

1009-7716（2017）04-0215-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.063

2017-01-09

鄭召怡（1981-），男，山東人，碩士，工程師，從事隧道與地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究工作。