大跨隧道核心土臨時支護穩(wěn)定性研究
第６卷第４期
２０１０年８月Ｃｈｉｎｅｓｅ地下空間與工程學報ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ０１．６Ａｕｇ．２０１０
大跨隧道核心土臨時支護穩(wěn)定性研究＋
謝東武１一，丁文其１一，李志剛３
（１．同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海２０００９２；２．同濟大學地下建筑與工程系，
上海２０００９２；３．上海市政工程設計研究總院，上海２０００９２）
摘要：隨著斷面跨度的不斷增大，公路隧道設計開挖方式也在不斷轉變。同三、京珠國
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，進出口Ｖ級圍巖段地質條件惡劣，采用雙側壁導坑法施工。在龍頭山隧道的施工過程中，其核心土臨時支護出現(xiàn)失穩(wěn)。通過簡化臨時支護穩(wěn)定的影響因素，建立力學平衡方程，推導出核心土臨時支護穩(wěn)定性的判別準則，開挖上臺階時臨時支護穩(wěn)定性的控制因素為基底圍巖承載力與臨時支護曲率，并通過算例計算了Ｖ級圍巖臨時支護設計曲率條件下滿足龍頭山隧道臨時支護安全要求的基底承載力的要求，在同類工程中有較大的應用價值。
關鍵詞：大跨隧道；雙側壁導坑法；核心土臨時支護；穩(wěn)定性
中圖分類號：Ｕ４５５．４９文獻標識碼：Ａ文章編號：１６７３—０８３６（２０１０）０４—０７０１一０６
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收稿１３期：２０１０－０２－２０（修改稿）
作者簡介：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域的科研工作。
Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｄｗ９８０８２９＠１６３．ｔｏｍ�；痦椖浚航煌ú课鞑拷煌ńㄔO科技項目成果推廣項目（２００７—３１８－７９９－８０）
萬方數(shù)據(jù)
７０２
地下空間與工程學報第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，斷面形式由原來的單心圓轉變?yōu)槿膱A，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，雙側壁導坑法越來越多地得到應用，規(guī)范口。指出，雙側壁導坑法適用于淺埋大跨度隧道及地表下沉量要求嚴格而圍巖條件很差的情況。馬科尼舊１結合雙側壁導坑法在工程中的應用，對其施工工藝進行了優(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壁導坑法施工的合理施工工序，認為若地面有建筑物需要保護時，應先開挖臨近建筑物一側的導坑，拱部也應先開挖臨近建筑物一側的土體；王應富等”１采用有限元方法對大跨度隧道的雙側壁導坑法開挖過程進行了動態(tài)模擬研究，對圍巖的位移、初期支護的剪力、彎矩以及錨桿軸力的動態(tài)變化進行了監(jiān)控，對施工過程中容易出現(xiàn)的問題提出了相應的解決措施；楊龍才等∞ｏ采用離心模型試驗模擬了隧道采用雙側壁導坑法施工時地表沉降隨各開挖步的變化規(guī)律，同時對相接變跨度隧道施工對地表沉降的相互影響進行了模擬試驗，并預測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，雙側壁導坑法曾被用來處理塌方；曲海鋒｜８ｏ假定導洞最大寬度不變，采用數(shù)值模擬的方法對臨時支護的曲率半徑進行了研究，同時根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析認為，在導洞上臺階開挖過程中，水平收斂是表征導洞穩(wěn)定性的重要指標。國外在采用雙側壁導坑法施工大跨隧道這一方向上也進行了一些研究一’１０－。
雙側壁導坑工法施工過程中核心土巖柱采用臨時支護維持穩(wěn)定，但臨時支護作為一種支護手段，其穩(wěn)定性并未受到足夠的重視，查閱到的相關國內外文獻對其涉及較少，文獻［８］基于導洞開挖寬度不變對臨時支護曲率進行研究，得到了一些有益的結論。
隨著工程實踐的不斷發(fā)展，可以預見，雙側壁導坑施工方法也將得到越來越多的應用。由于地質條件千變萬化，如對臨時支護受力了解不夠，采取措施不當，在施工中就可能會遇到核心土巖柱臨時支護失穩(wěn)的情況。廣州龍頭山隧道在施工過程
萬方數(shù)據(jù)
中就出現(xiàn)了核心土臨時支護的失穩(wěn)導致永久支護侵限的問題，如圖１。因此，對于如何確保施工過程中臨時支護的穩(wěn)定，關系到核心土巖柱和永久支護的穩(wěn)定，需要深入研究。
圖Ｉ
臨時支護被擠出
Ｆｉｇ．１
Ｔｅｍｐｏｒａｒｙｓｕｐｐｏｆｌｈａｓｂｅｅｎｐｕｓｈｅｄ
ｏｕｔ
２核心土臨時支護受力分析
圖２為雙側擘導坑法導洞施工工序，當開挖上臺階時，常通過施做臨時仰拱維護核心土臨時支護的穩(wěn)定，同時認為臨時仰拱的施作要依據(jù)現(xiàn)場條件來判斷，但并未給出明確的要求，為節(jié)省造價和簡化施工工序，臨時仰拱常被取消，從而給施工留下安全隱患。
填
圖２導洞施工工序
Ｆｉｇ．２
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｉｌｏｔｔｕｎｎｅｌ
為建立核心土臨時支護穩(wěn)定性的計算模型，考慮導洞施工過程。上臺階開挖過程中，核心土臨時支護腳部置于圍巖上。文獻［１１］采用矩陣位移法計算無仰拱隧道的襯砌結構內力時，假定邊墻基礎水平方向固定，只產生豎直位移和轉角穢和ｐ，而不產生水平位移。由于核心土臨時支護的臨時性，其腳部并未進行過如挖槽、采用混凝土墊層等處理措施，在水平方向上假定其無位移并不符合實際情況。龍頭山隧道在施工過程中進行了現(xiàn)場監(jiān)控量測，導洞開挖過程中拱頂下沉和收斂測點測線如圖３所示。
現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示導洞水平方向收斂較大，如
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