中交二航局六分公司 湖北武汉 430014
摘要：新疆乌鲁木齐地区冬季气候寒冷，且低温时间长，隧道围岩开挖施工中如果没有采取恰当有效的技术措施加以防护，就会给工程的施工带来不利的影响。针对葛家沟隧道冬歇期施工技术难题，本文运用数值模拟技术，对隧道冬歇期受力状态进行时效分析，建立西北浅埋偏压隧道长达5个月冬歇期隧道施工安全控制原则，创造性的提出冬歇期CD法左右导洞进尺控制理念，保证隧道最优施工进度状态为左右洞进度尽量一致。
关键词：冬歇期 隧道 数值模拟 CD
1引言
目前，对于冬季极端温度地区隧道的建设所遇到的各种工程问题在国内外均有大量的研究，相应的一些成果也在工程中得到的良好的应用。其中，防止隧道产生冻害的技术，从实际工程的应用效果看，主要可以分为两种：第一种主要是采取各种措施隔冷，第二种是釆用供暖设备消冷。前者主要在日本以及欧美国家应用较多，主要有型沟槽插入隔热材料法、表面隔热处理法以及复合式衬砌处理方法，其中型沟槽法适合于发生线状漏水、寒冷程度较小的隧道。对冬季严寒地区隧道建设的研究主要集中在隧道防冻害和施工工艺等问题上，而对于隧道冬季（低温）施工时的施工方法、设备和人员防护研究较少。
新疆葛家沟隧道地处乌鲁木齐，冬季气候寒冷，且低温时间长。隧道围岩开挖施工中如果没有采取恰当有效的技术措施加以防护，易给工程质量埋下隐患，导致质量事故的发生，因此为保证冬歇期隧道施工进度及安全，提出冬歇前CD法左右导洞进尺控制理念，最优施工进度状态为左右洞进度尽量一致，并采用掌子面加固措施。
2基于荷载结构法的冬歇期隧道变形及结构受力分析
为分析隧道在初期支护下的稳定性情况，现分别采用荷载结构法和地层结构法进行计算：采用荷载结构法对隧道初衬的承载力和隧道变形进行验算；采用地层结构法进行隧道施工工序模拟，分析隧道结构受力和变形随开挖工序的变化规律。
等效初衬采用0.3m高的梁单元，临时支撑采用工字型钢。距离洞口40米处，地面标高为981m，隧道设计高程为961m，隧道开挖轮廓线净高为11米。保守计算，取隧道上覆岩层厚度10m，则隧道顶部竖向压力取250kN.m。隧道两侧侧压力系数取0.5，侧压力取均布荷载，顶部侧压力为250*0.5=125kN.m，底部侧压力为500*0.5=250kN.m，侧压力均布荷载值为（125+250）/2=187.5kN.m（见图1）。
图1 计算模型
钢拱架在初衬中的荷载分担比例为96%，因而钢拱架弯矩最大值为70.9*0.96=68kN.m，轴力最大值为576.5*0.96=553kN。钢拱架几何参数如图2所示：
图2 钢拱架几何参数
钢拱架极限拉应力为270Mpa，钢拱架最大弯曲应力计算值为68e3/3.25e-4=2.09e8pa=209Mpa，满足钢拱架极限抗拉强度值。钢拱架最大轴力为553kN，553e3/46.4e-4=11.9e7pa=119Mpa，满足要求。
以距离洞口段40米处隧道断面为研究对象，分析初期支护承担全部围岩压力下的承载力和变形情况，计算结果为：
⑴初衬最大弯矩位于拱脚部位，为70.9kN.m；
⑵轴力最大值位于拱脚至仰拱部位，为576.5kN；
⑶隧道最大沉降位于拱顶部位，为1.52mm；
⑷隧道最大水平收敛位于拱腰部位，为3.92mm。
由计算结果可知：隧道最大沉降位于拱顶部位，为1.52mm；隧道最大水平收敛位于拱腰部位，为3.92mm。对于隧道变形限值，规范并没有具体规定，一般根据经验或者围堰松动情况进行综合判断，本隧道位移变形值为毫米量级，变形符合要求。
3基于地层结构法的冬歇期隧道变形及结构受力分析
为分析隧道开挖工序对隧道结构受力和变形的影响，现以隧道开挖过程中水平位移的变化规律进行分析，计算模型如下图3所示、支护结构如下图4所示。
⑴左右洞对称开挖重要性分析
由图5~图7可知：左导洞开挖完成后最大水平位移值为0.898mm，位于左导洞临时支撑腰部；右导洞上断面开挖完成后最大水平位移值为0.817mm，位于左导洞临时支撑腰部；右导洞下断面开挖完成后最大水平位移值为0.579mm，位于隧道拱脚部位。可以看出左导洞开挖完成后，随着右导洞开挖的进行，隧道最大水平位移呈现减小趋势，左右导洞对称开挖可以有效减小水平位移35%左右。
4冬歇期施工控制措施
本工程初衬与二衬间隔时间较长，在五个月的间隔时间，隧道围岩应力大部分释放，造成隧道初衬受力较大，如不采取合理的施工措施，容易导致隧道支护结构失稳破坏，因而，在施工间歇期应采取必要的主动防护和监控量测措施。
⑴拱脚位置
由图8~图9可知，开挖结束后，拱脚部位的水平和竖向应变均较大，属于重点保护位置，拱脚水平向为向洞内收敛趋势，竖向为下压趋势，因而，建议在拱脚部位施加锁脚锚杆，并充分保证锁脚锚杆施工质量，通过锁脚锚杆，约束拱脚的水平收敛趋势。同时为了保证拱脚下压对隧道地基的影响，建议在拱脚部位加密注浆，加固区域如下图所示，提高拱脚部位岩体的承载力，减小拱脚部位沉降。
⑵左右导洞对称开挖
左右导洞对称开挖可以避免围岩对隧道支护的偏压效应，使支护结构受力更加合理。因而冬期施工停止前，尽量保证左右导洞开挖可以实现对称状态，有效减小隧道变形和受力。
⑶预留核心土
核心土可以对隧道拱顶形成支撑；核心土自重可以对仰拱形成反压，减小隧道底部隆起；对临时支撑形成侧面支撑，增强左右导洞的稳定性。因而，冬期施工前，在保证施工进度的情况下，应尽量增加左右导洞的开挖进尺，左右导洞掌子面预留核心土。
⑷掌子面加固
由于停工时间较长，为保证掌子面的稳定，建议对掌子面进行压密注浆，并在掌子面轮廓线加密超前小导管注浆加固，提高掌子面的稳定性。
⑸钢拱架与围岩接触处理
型钢拱架支撑的截面大、刚度大、承受隧道开挖后的初期受力的能力强，能够有效控制隧道开挖后的初期变形，但是如果钢拱架背后的喷射混凝土不充填密实，很容易再钢拱架局部局域形成受力集中区域，大大增加钢拱架的局部应力，导致钢拱架局部破坏。因而在施工过程中，应绝对保证钢拱架背后压密注浆的效果。
5分析总结
通过对冬歇期隧道荷载结构法及底层结构法的冬歇期隧道变形及结构受力分析，得出如下结论：
⑴冬歇前采用CD法左右导洞进尺控制，保证了冬歇期隧道施工最优进度状态为左右洞进度尽量一致，保证了施工进度。
⑵隧道弯矩最大值主要分布在拱脚区域，因而，应重点加强该区域的观测和监测，主要包括：对喷层表面裂缝和钢拱架压屈状况定期观测，喷层裂缝和钢拱架变形是反应钢拱架受力状态的比较直观的依据；观测有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；观测喷射混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏。
6 结语
新疆葛家沟隧道冬歇期近五个月的间隔时间，因为隧道围岩应力大部分释放，造成隧道初衬受力较大，在冬歇期间，采取必要的主动防护和监控量测措施，可以防止隧道支护结构失稳破坏，保证隧道施工进度及安全。
参考文献：
[1]盖青山；季节性冻土地区隧道冬季施工防寒保温措施[J]；华北水利水电学院学院学报；2012年02期.
[2]张东霞；浅谈岩石隧道施工测量技术[J]；山西建筑；2007年01期.
[3]顾问天，顾问宇，覃应华；浅埋暗挖施工中用临时仰拱控制地表沉降有效性分析[J]；铁道建筑；2005年11期.
[4]谢秦湘；浅谈天河量隧道冬季施工方案[J]；山西建筑；2018年19期.
[5]穆创国，张宏，夏浩军；开挖方案对洞群围岩稳定性的影响研究[J]；西北农林科技大学学报（自然科学版）；2004 年S1期.
论文作者:周岩,徐庭
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/11
标签：隧道论文; 围岩论文; 结构论文; 受力论文; 荷载论文; 位移论文; 水平论文; 《基层建设》2018年第9期论文;