第６卷第４期

２０１０年８月Ｃｈｉｎｅｓｅ地下空間與工程學(xué)報(bào)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ０１．６Ａｕｇ．２０１０

大跨隧道核心土臨時(shí)支護(hù)穩(wěn)定性研究＋

謝東武１一，丁文其１一，李志剛３

（１．同濟(jì)大學(xué)巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海２０００９２；２．同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系，

上海２０００９２；３．上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院，上海２０００９２）

摘要：隨著斷面跨度的不斷增大，公路隧道設(shè)計(jì)開挖方式也在不斷轉(zhuǎn)變。同三、京珠國(guó)

道主干線繞廣州公路東環(huán)段龍頭山隧道屬單洞四車道特大斷面公路隧道，進(jìn)出口Ｖ級(jí)圍巖段地質(zhì)條件惡劣，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。在龍頭山隧道的施工過程中，其核心土臨時(shí)支護(hù)出現(xiàn)失穩(wěn)。通過簡(jiǎn)化臨時(shí)支護(hù)穩(wěn)定的影響因素，建立力學(xué)平衡方程，推導(dǎo)出核心土臨時(shí)支護(hù)穩(wěn)定性的判別準(zhǔn)則，開挖上臺(tái)階時(shí)臨時(shí)支護(hù)穩(wěn)定性的控制因素為基底圍巖承載力與臨時(shí)支護(hù)曲率，并通過算例計(jì)算了Ｖ級(jí)圍巖臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)曲率條件下滿足龍頭山隧道臨時(shí)支護(hù)安全要求的基底承載力的要求，在同類工程中有較大的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大跨隧道；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；核心土臨時(shí)支護(hù)；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：Ｕ４５５．４９文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：１６７３—０８３６（２０１０）０４—０７０１一０６

ＳｔｕｄｙＯｉｌＳｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＣｏｒｅＲｏｃｋＰｉｌｌａｒ’ＳＴｅｍｐｏｒａｒｙＳｕｐｐｏｒｔｏｆ

ＬａｒｇｅＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎＴｕｎｎｅｌ

ＸｉｅＤｏｎｇｗｕｌ一，ＤｉｎｇＷｅｎｑｉｌ一，ＬｉＺｈｉｇａｎ９３

（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ礦ＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ礦ｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ｒｏ，灑ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ｒｏｎｇｉｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２。Ｃｈｉｎａ）

ｗｉｔｈｔｈｅａｕｇｍｅｎｔｏｆ

ｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌｓｅｃｔｉｏｎ．３．ＳｈａｎｇｈａｉＭｕｎｉｃｉｐａｌＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＬｏｎｇｔｏｕｓｈａｎＭｏｕｎｔａｉｎ

ｈｉｇｈｗａｙ。ｉｓ

ｔｕｎｎｅｌｉｓ

ｔｅｍｐｏｒａｒｙａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ胍咖Ｇｅｎｅｒａｌｉｓｃｏｎｔｉｏｎｕｏｕｓｌｙｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｕｎｎｅｌ，ｗｈｉｃｈｂｅｌｏｎｇｓｔｈｅＧｕａｎｇｚｈｏｕｅａｓｔ－ｒｉｎｇｓｅｇｍｅｎｔＴｏｎｇｓａｎ，Ｊｉｎｇｚｈｕｎａｔｉｏｎａｌａｔｆｏｕｒ－ｌａｎｅｌａｒｇｅｓｅｃｔｉｏｎｈｉｇｈｗａｙｔｕｎｎｅｌ．Ｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｃｋｄｏｕｂｌｅ—ｓｉｄｅ—ｗａｌｌｈｅａｄｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｈｅｉｎｔａｋｅａｎｄｅｘｉｔｏｆｔｈｅｏｆｇｒａｄｅＶ．Ｉｎｔｈｉｓｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎａｄｏｐｔｅｄ．Ｔｈｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．ｓｕｐｐｏｒｔｏｆｃｏｒｅｓｏｉｌｈａｄｂｅｅｎｆａｉｌｅｄｉｎｔｈｉｓｔｕｎｎｅｌ．Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｒｙｓｕｐｐｏｒｔｈａｓ

ｏｎＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｅｄｉｇｅｓｔｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ．Ｂａｓｅｄｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ

ｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｒｙｓｕｐｐｏｒｔｈａｓｂｅｅｎｓｅｔｕｐ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｒｙ

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ｏｆｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｂａｓｅｍｅｎｔＬｏｎｇｔｏｕｓｈａｎＭｏｕｎｔａｉｎＴｕｎｎｅｌｗｉｔｈｔｈｅｇｒａｄｅＶｒｏｃｋａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｕｒｖａｔｕｒｅｔｅｍｐｏｒａｒｙｓｕｐｐｏｒｔｈａｓｂｅｅｎ

ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｃａｌｌｂｅｕｓｅｄｉｎｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ．

ｃｒｏｓｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ

ｐｉｌｌａｒ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙｓｅｃｔｉｏｎｔｕｎｎｅｌ；ｔｗｉｎｓｉｄｅｗａｌｌｄｒｉｆｔｍｅｔｈｏｄ；ｔｅｍｐｏｒａｒｙｓｕｐｐｏｒｔｏｆｔｈｅｃｏｒｅｒｏｃｋ

收稿１３期：２０１０－０２－２０（修改稿）

作者簡(jiǎn)介：謝東武（１９８０一），男，河南孟州人，博士研究生，主要從事隧道及地下建筑工程領(lǐng)域的科研工作。

Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｄｗ９８０８２９＠１６３．ｔｏｍ�；�金項(xiàng)目：交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目成果推廣項(xiàng)目（２００７—３１８－７９９－８０）

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

７０２

地下空間與工程學(xué)報(bào)第６卷

１

引言

隨著高速公路車道數(shù)的不斷增多，隧道斷面跨

度不斷增大，為增加斷面利用率，斷面高跨比也隨之不斷降低，斷面形式由原來(lái)的單心圓轉(zhuǎn)變?yōu)槿�心圓，四車道隧道出現(xiàn)后，其斷面形式較多地采用五心圓…。隨著隧道開挖斷面面積的不斷增大，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法越來(lái)越多地得到應(yīng)用，規(guī)范口。指出，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于淺埋大跨度隧道及地表下沉量要求嚴(yán)格而圍巖條件很差的情況。馬科尼舊１結(jié)合雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在工程中的應(yīng)用，對(duì)其施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，并作為一種比較方案初步探討了改變核心土巖柱寬度的可能性；丁建隆【４１采用平面彈翅性有限單元法研究市區(qū)淺埋大跨度隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工的合理施工工序，認(rèn)為若地面有建筑物需要保護(hù)時(shí)，應(yīng)先開挖臨近建筑物一側(cè)的導(dǎo)坑，拱部也應(yīng)先開挖臨近建筑物一側(cè)的土體；王應(yīng)富等”１采用有限元方法對(duì)大跨度隧道的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬研究，對(duì)圍巖的位移、初期支護(hù)的剪力、彎矩以及錨桿軸力的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了監(jiān)控，對(duì)施工過程中容易出現(xiàn)的問題提出了相應(yīng)的解決措施；楊龍才等∞ｏ采用離心模型試驗(yàn)?zāi)�擬了隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時(shí)地表沉降隨各開挖步的變化規(guī)律，同時(shí)對(duì)相接變跨度隧道施工對(duì)地表沉降的相互影響進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，并預(yù)測(cè)了隧道施工中地表沉降的發(fā)生、發(fā)展、收斂的全過程；在小浪底水電…工程中，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法曾被用來(lái)處理塌方；曲海鋒｜８ｏ假定導(dǎo)洞最大寬度不變，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)臨時(shí)支護(hù)的曲率半徑進(jìn)行了研究，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，在導(dǎo)洞上臺(tái)階開挖過程中，水平收斂是表征導(dǎo)洞穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。國(guó)外在采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工大跨隧道這一方向上也進(jìn)行了一些研究一’１０－。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工過程中核心土巖柱采用臨時(shí)支護(hù)維持穩(wěn)定，但臨時(shí)支護(hù)作為一種支護(hù)手段，其穩(wěn)定性并未受到足夠的重視，查閱到的相關(guān)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)其涉及較少，文獻(xiàn)［８］基于導(dǎo)洞開挖寬度不變對(duì)臨時(shí)支護(hù)曲率進(jìn)行研究，得到了一些有益的結(jié)論。

隨著工程實(shí)踐的不斷發(fā)展，可以預(yù)見，雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法也將得到越來(lái)越多的應(yīng)用。由于地質(zhì)條件千變?nèi)f化，如對(duì)臨時(shí)支護(hù)受力了解不夠，采取措施不當(dāng)，在施工中就可能會(huì)遇到核心土巖柱臨時(shí)支護(hù)失穩(wěn)的情況。廣州龍頭山隧道在施工過程

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

中就出現(xiàn)了核心土臨時(shí)支護(hù)的失穩(wěn)導(dǎo)致永久支護(hù)侵限的問題，如圖１。因此，對(duì)于如何確保施工過程中臨時(shí)支護(hù)的穩(wěn)定，關(guān)系到核心土巖柱和永久支護(hù)的穩(wěn)定，需要深入研究。

圖Ｉ

臨時(shí)支護(hù)被擠出

Ｆｉｇ．１

Ｔｅｍｐｏｒａｒｙｓｕｐｐｏｆｌｈａｓｂｅｅｎｐｕｓｈｅｄ

ｏｕｔ

２核心土臨時(shí)支護(hù)受力分析

圖２為雙側(cè)擘導(dǎo)坑法導(dǎo)洞施工工序，當(dāng)開挖上臺(tái)階時(shí)，常通過施做臨時(shí)仰拱維護(hù)核心土臨時(shí)支護(hù)的穩(wěn)定，同時(shí)認(rèn)為臨時(shí)仰拱的施作要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)判斷，但并未給出明確的要求，為節(jié)省造價(jià)和簡(jiǎn)化施工工序，臨時(shí)仰拱常被取消，從而給施工留下安全隱患。

填

圖２導(dǎo)洞施工工序

Ｆｉｇ．２

Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｉｌｏｔｔｕｎｎｅｌ

為建立核心土臨時(shí)支護(hù)穩(wěn)定性的計(jì)算模型，考慮導(dǎo)洞施工過程。上臺(tái)階開挖過程中，核心土臨時(shí)支護(hù)腳部置于圍巖上。文獻(xiàn)［１１］采用矩陣位移法計(jì)算無(wú)仰拱隧道的襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，假定邊墻基礎(chǔ)水平方向固定，只產(chǎn)生豎直位移和轉(zhuǎn)角穢和ｐ，而不產(chǎn)生水平位移。由于核心土臨時(shí)支護(hù)的臨時(shí)性，其腳部并未進(jìn)行過如挖槽、采用混凝土墊層等處理措施，在水平方向上假定其無(wú)位移并不符合實(shí)際情況。龍頭山隧道在施工過程中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，導(dǎo)洞開挖過程中拱頂下沉和收斂測(cè)點(diǎn)測(cè)線如圖３所示。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示導(dǎo)洞水平方向收斂較大，如