本站小編為你精心準備了下穿公路施工安全性分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

隨著交通建設的快速發展，近年來涌現了大量的鐵路隧道下穿公路的工程。礦山法隧道開挖施工不可避免地對地層造成擾動，引起地層沉降［1－4］，極有可能對公路結構造成破壞。同時，公路行車荷載對隧道施工也會造成一定的影響［5－6］。因此，下穿隧道施工與公路行車相互影響，而淺埋大跨度隧道與重載行車的相互作用將更為明顯。分析隧道下穿施工對公路的作用及公路行車荷載對隧道施工的影響，對保證隧道施工及路面行車安全均具有重要意義［7］。本文針對成都至貴陽客運專線南廠溝隧道下穿公路，采用數值方法分析了隧道下穿施工與公路行車之間的相互作用與影響，并與下穿施工期間的監測數據進行了對比。

1工程概況

成都至貴陽客運專線南廠溝隧道起訖里程DK101+805～DK104+980，全長3175m，為雙線隧道，隧道進口段938.857m位于R－9000的右偏曲線上，出口段2236.143m位于直線上。隧道開挖斷面140m2，下穿段埋深13m，為淺埋大跨度隧道。隧道位于四川省宜賓縣古柏鄉，屬四川省與云南省交界處，山地密林，鄰近岷江，降雨量豐富，無強風，年平均氣溫22℃。隧道地處川南紅層丘陵，圍巖為白堊系上統高坎壩組(K2gk)厚層至巨厚層泥質砂巖，泥質砂巖為粉細粒結構，泥質及鈣質膠結，厚層狀構造，巖層產狀平緩，產狀約N70°E/6°SW，層理面為最發育的結構面，結合程度一般，多為泥質充填;另外主要發育有一組次生結構面，其傾角約75°，結構面呈閉合狀，多為泥質或鈣質充填，結合程度一般;由于層面產狀近水平，強度較低，再加上巖層中夾有軟弱層，開挖在支護不及時的情況下可能導致掌子面上部及拱頂圍巖發生掉塊或坍塌。掌子面巖體主要為中—強風化砂巖，磚紅色，錘擊聲不清脆，無回彈，屬較軟巖。公路為當地鄉村公路，寬度為4.5m，隧道下穿段起訖里程為DK101+975.8～995.2，長度為19.4m，且該段屬淺埋段，最小埋深13.68m。

2隧道設計支護參數及施工方法

2．1隧道設計支護參數隧道結構采用復合式襯砌，開挖斷面為148.2m2，初期支護由噴射混凝土、鋼架、錨桿及鋼筋網組成，并超前小導管等輔助支護措施，充分調動和發揮圍巖的自承能力。設計為Ⅴ級圍巖，Ⅴc型復合式襯砌類型，全環支護，具體參數如表1所示。

2．2隧道施工方法南廠溝隧道下穿施工便道區域采用超前小導管進行預支護，臺階法(設臨時仰拱)開挖，分上下臺階開挖，開挖掘進兩個工作面同時進行。開挖循環上臺階進尺控制在一榀鋼架，下臺階進尺控制在兩榀鋼架，仰拱開挖控制在3m內。上部導坑、下導及仰拱采用控制爆破開挖，以保護圍巖;各部之間的間距3～10m。各部開挖后及時封閉掌子面，噴、網、錨及鋼架聯合支護作業，施作臨時仰拱。拱腳、下導墻角增設鎖腳錨管，初期支護及時成環。各部實行平行作業。臺階法設臨時仰拱施工工序見圖1。

3下穿施工三維數值模擬

3．1計算模型本文采用FLAC3D軟件進行下穿施工的三維數值分析［8］。根據巖石力學原理，對于地下工程的結構分析圍巖可選用3倍或以上洞徑范圍作為有限元分析的模型范圍。本次計算，圍巖選取范圍以隧道中線為基準，左側、右側延伸到40m;上部延伸到地表;下部延伸到隧道仰拱以下30m。隧道左右有水平約束，下部有垂直約束，前方和后方均有垂直其面的約束。計算中，用六面體實體單元及四面體實體單元模擬圍巖，用殼單元模擬初期支護，用梁單元模擬臨時仰拱。隧道計算模型中實體單元總數為123614個，總節點數為131352個。

3．2參數及荷載取值

3．2．1有限差分數值模擬計算參數本次計算根據《鐵路隧道設計規范》(TB10003—2005)對圍巖及不同標號混凝土的物理力學參數取值，對于初期支護及臨時支護內的工字鋼按等效剛度簡化，隧道中墻內鋼筋也按等效剛度進行簡化。全部土層參數及等效后隧道支護物理力學參數詳見表2。

3．2．2荷載計算方法由于隧道下穿施工便道，因此應考慮上方重載貨車荷載。根據《鐵路隧道設計規范》(TB10003—2005)，計算施工便道混凝土路面永久荷載和汽車動荷載對隧道的豎向作用的荷載組合，假定汽車荷載在道路平面上的橫向分布寬度為2.5m，可按下式進行計算。

4計算結果分析及施工建議

4．1各施工步應力場各分步開挖后，計算域內圍巖應力分布情況如圖3、圖4所示。由以上各開挖步圍巖第一、第三主應力分布情況可知，由于在隧道開挖之前進行了小導管注漿支護，小導管注漿支護對拱部圍巖起到了很好的保護作用。在開挖過程中隧道周邊圍巖內沒有出現大范圍的應力集中現象。

4．2各施工步位移場隧道開挖引起的圍巖位移能直觀反映周圍巖體變形情況，同時淺埋隧道施工必然會引起地表沉降。隧道通過施工便道下方10m后，圍巖位移場如圖5根據計算得到的豎向位移，最大拱頂沉降量為49.6mm，最大地表沉降為17.6mm。拱頂沉降量與地表沉降量均在設計控制值范圍內。這說明初期支護及超前小導管起到了很好的超前預支護作用，有效地減緩了隧道開挖區地層下沉對地表的影響。

4．3圍巖塑性區分布隧道掌子面通過施工便道下方10m后圍巖塑性區分布情況如圖6所示。從開挖后圍巖塑性區可以看出，僅是在隧道輪廓周邊出現了卸載作用引起的剪切破壞塑性區，但塑性區并未延伸發展甚至貫通，塑性區深度與體積較小，因此對施工安全影響不大。

4．4地表下沉規律根據設計工況及行車荷載計算得到的地表情況如圖7所示，并與不施加行車荷載工況下的地表沉降進行對比。從兩種工況計算得到的地表沉降曲線可以看出，考慮行車荷載作用時，最大地表沉降為17.6mm，不考慮行車荷載時，最大地表沉降為14.8mm。因此行車荷載會對地表沉降造成一定影響，且隧道施工的地表沉降范圍變大(圖中沉降槽變寬)，地表沉降量增加18.9%，但對施工安全的整體影響較小。綜合上述分析，可以認為，該隧道下穿施工引起的地表沉降在安全范圍內，行車荷載對隧道施工影響較小，可以正常施工。

5下穿施工變形監測分析

下穿施工過程中，對地表沉降、拱頂下沉及凈空收斂進行了監測。該段共設5組監控斷面，選取地表沉降及拱頂下沉數據最大值的DK101+985斷面為例。斷面DK101+985拱頂下沉量穩定在30mm左右，地表沉降量穩定在10mm左右(參見圖8)。監測結果明顯小于數值模擬結果，這是由于數值模擬考慮了開挖初期應力釋放造成的圍巖變形，而監測數據由于測點埋設的滯后性(初噴完成后)導致了沉降量變小。施工過程中拱頂沉降與地表沉降均在合理范圍內，隧道初支未出現明顯變形，地表道路也未出現開裂現象。

6結論

(1)數值模擬結果表明，考慮行車荷載時最大地表沉降為17.6mm，不考慮行車荷載時最大地表沉降為14.8mm。車輛通行條件下，隧道開挖引起的地表沉降變形會增大，沉降槽寬度也略有變寬，即行車荷載對隧道施工引起的地表變形存在一定影響，施工期間應加強對地表沉降的監測。(2)從整體變形及應力分析結果來看，在行車荷載作用下，隧道施工過程中圍巖周邊僅有小范圍土層出現塑性，地表沉降量增加較小，隧道施工產生的拱頂沉降和地表沉降均在安全范圍內，行車荷載對隧道施工影響較小，可以正常施工。(3)下穿施工過程中的拱頂下沉及地表沉降的監測值均在數值分析控制范圍內，驗證了數值分析的正確性。

作者：潘曉明 單位：深圳市地鐵集團有限公司