導(dǎo)語(yǔ)：隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1概述

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，原有公路兩側(cè)集聚了大量的城鎮(zhèn)，城鎮(zhèn)內(nèi)部交通對(duì)公路通行的影響日益突出。公路提檔升級(jí)需要另辟新線，但規(guī)劃完成的城市地塊經(jīng)常沒(méi)有路線走廊，需要沿著城市外圍選線。一些城市臨河或臨水而建，大堤線位是比較好的路線方案，但采用大堤線位的路基方案穿越勢(shì)必會(huì)對(duì)城市與水體造成割裂，景觀效果也很差。針對(duì)以上工程現(xiàn)狀，提出采用隧道與大堤共建的工程方案。隧道與大堤共建國(guó)內(nèi)外可借鑒的經(jīng)驗(yàn)很少，其受力機(jī)理、施工運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)比較突出。本文對(duì)背景工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)工況進(jìn)行分析探討。

2依托項(xiàng)目背景

隧道采用六車道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)年限100年。隧道全長(zhǎng)2305m，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，分為北側(cè)敞開(kāi)段、北側(cè)光過(guò)渡段、明挖暗埋段、南側(cè)光過(guò)渡段、南側(cè)敞開(kāi)段五個(gè)部分。隧道采用兩孔(行車孔)一廊(管線廊)斷面構(gòu)造。

3圍護(hù)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

3．1隧道基坑圍護(hù)。據(jù)周圍環(huán)境條件、開(kāi)挖深度、支護(hù)結(jié)構(gòu)功能等確定基坑工程等級(jí)，根據(jù)不同工程段的設(shè)計(jì)要求，分段采用合理的支護(hù)體系。我國(guó)常用的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式有土釘墻、鉆孔樁(或咬合樁)、地下連續(xù)墻、攪拌樁、SMW等多種結(jié)構(gòu)形式。本工程區(qū)內(nèi)分布有多條環(huán)形的港汊，地基土淺，局部為新近淤積的淤泥，分布廣，厚度變化大，含水率高，孔隙比大土的物理力學(xué)性質(zhì)差，強(qiáng)度低，屬高壓縮性土層，根據(jù)勘探情況分析，淤泥層厚度變化大，工程地質(zhì)條件較差;淤泥土下部除局部分布的粘土性質(zhì)較差外，均為性質(zhì)較好的含粘性土角礫、粘土等。由于隧道基坑最低點(diǎn)開(kāi)挖深度將近5m，而兩側(cè)圍堰距離較近，土層地質(zhì)條件較差，不具備全線放坡開(kāi)挖的條件，施工過(guò)程中需進(jìn)行基坑支護(hù)。在各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式中，SMW工法具有工藝簡(jiǎn)單、成樁速度快、工期短，投資省的優(yōu)點(diǎn);對(duì)周圍環(huán)境影響小、環(huán)保節(jié)能，且其適用地層范圍較廣，有較好的隔水性。本工程明挖段所處場(chǎng)地為灘涂，地勢(shì)空曠，無(wú)重要構(gòu)筑物與地下管線。通過(guò)多方案比選確定采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)如下:以－0．8為場(chǎng)地整平標(biāo)高，當(dāng)基坑深度在2m以內(nèi)較淺的部分，采用放坡開(kāi)挖型式。2m～3m的采用重力式擋墻，深度超過(guò)3m的則采用SMW工法樁(850樁徑)和鋼支撐。3．2大堤圍堰。為了確保隧道施工期間，尤其是隧道基坑開(kāi)挖期間，免受水淹風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可以為地基處理和填筑施工提供良好的施工環(huán)境，需要在隧道兩側(cè)各設(shè)置施工期圍堰一道對(duì)水進(jìn)行封堵。綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地的地形地質(zhì)、水利條件，各圍堰方案的占地、工期和造價(jià)情況，擬定了重力式圍堰方案和混凝土板樁圍堰結(jié)合永久堤方案。3．2．1重力式圍堰方案。按照因地制宜、就地取材并兼顧施工因素的原則，重力式圍堰采用拋石堤身+防滲土工膜防水。拋石圍堰方案分兩期施工，一期施工內(nèi)外臨時(shí)圍堰，為隧道施工創(chuàng)造干作業(yè)施工區(qū)，二期加高并改造外堰，形成永久堤(見(jiàn)圖1)。隧道基坑外左右各5m修筑內(nèi)外圍堰:先進(jìn)行淤泥固化，形成良好的圍堰地基，待固化度達(dá)到要求后，淤泥土上方鋪設(shè)土工布和200mm的碎石，隨后進(jìn)行拋石填筑，兩側(cè)的坡度是1∶1．5。隧道主體結(jié)構(gòu)完成后，由于大開(kāi)挖施工的地下隧道不可避免地需設(shè)置沉降變形縫或后澆帶，為避免變形縫處出現(xiàn)滲漏水，在隧道箱體外填筑水泥土至塊石擋墻邊緣，水泥土與拋石用袋裝土分隔，中間設(shè)垂直防滲土工膜至淤泥頂面，折成L形鋪至攪拌樁防滲墻頂。3．2．2板樁圍堰結(jié)合永久堤方案。板樁圍堰方案在隧道內(nèi)外側(cè)分別設(shè)置U型樁基壩體，外側(cè)堤壩迎水面按永久堤設(shè)計(jì)，堤頂標(biāo)高6．6m;內(nèi)側(cè)堤壩為施工臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，堤頂標(biāo)高6．6m，堤底標(biāo)高－1．3m。內(nèi)外側(cè)壩體之間為隧道開(kāi)挖施工面(見(jiàn)圖2)。外側(cè)壩體采用兩排的預(yù)應(yīng)力混凝土U型樁基。U型樁為工廠預(yù)制，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后采用錘擊或者振動(dòng)沉樁。U型樁頂設(shè)置100cm×100cm的帽梁，每5m設(shè)置一道80cm×100cm的橫系梁。壩體內(nèi)外側(cè)間填筑袋裝黏土，增加壩體的隔水性能。外側(cè)壩體迎水面下部采用厚40cmC20細(xì)石混凝土灌砌塊石護(hù)面，坡度1∶3。內(nèi)側(cè)壩體頂寬7m，結(jié)構(gòu)型式與外側(cè)壩體一致。壩體反壓采用拋石回填，坡度為1∶1．5，并在標(biāo)高2．0m位置設(shè)寬2m的平臺(tái)。內(nèi)外側(cè)壩體和隧道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)土，需對(duì)淤泥質(zhì)土進(jìn)行固化處理。固化采用直徑800mm水泥攪拌樁，間距1．5m梅花形布置。淤泥固化總寬87m。重力式圍堰結(jié)構(gòu)明確，受力清晰，施工方便展開(kāi)工作面。因此設(shè)計(jì)推薦重力式圍堰結(jié)構(gòu)形式(見(jiàn)表1)。

4施工過(guò)程模擬采用地層—結(jié)構(gòu)法對(duì)堤隧結(jié)合

隧道各施工階段的位移場(chǎng)、圍堰邊坡和大堤穩(wěn)定性進(jìn)行模擬計(jì)算分析。模擬圍巖受力狀態(tài)采用基于摩爾庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則的彈塑性模型，邊坡穩(wěn)定的強(qiáng)度折減法。本文模擬埋深最大斷面施工過(guò)程，施工順序見(jiàn)圖3。4．1沉降位移場(chǎng)。當(dāng)兩道圍堰對(duì)稱填筑完成后，堤頂?shù)某两翟?．5cm左右;吹填施工后，外側(cè)堤頂?shù)某两导s5．5cm，內(nèi)側(cè)堤頂?shù)某两导s8．6cm。開(kāi)挖后坑底隆起約4．0cm，坑頂面隆起約1．4cm，坑底抗隆起安全系數(shù)滿足要求(見(jiàn)圖4)。隧道主體結(jié)構(gòu)澆筑完畢并回填后，隧道底板沉降量約4．6cm，隧頂?shù)孛娉两导s5．0cm，外側(cè)堤頂沉降約7．2cm，內(nèi)側(cè)堤頂沉降約9．6cm，即隧頂?shù)孛媾c兩側(cè)堤頂?shù)孛鎸⒂?．2cm～2．4cm左右的差異沉降，堤頂寬度為476cm，局部?jī)牲c(diǎn)間的最大傾度小于1%，不會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，而且通過(guò)延后施工堤頂路面等措施可以有效防止大堤路面結(jié)構(gòu)的損害(見(jiàn)圖5)。4．2水平位移場(chǎng)。當(dāng)兩道圍堰對(duì)稱填筑完成后，坡腳的水平位移在0．7cm～1．0cm左右，方向分別為各自的坡向;吹填施工后，整體位移場(chǎng)向左側(cè)(臨水側(cè))，外側(cè)圍堰坡腳的水平位移約3．0cm，內(nèi)側(cè)圍堰坡腳的水平位移約3．9cm?；娱_(kāi)挖后外側(cè)圍堰坡腳的水平位移約4．1cm，內(nèi)側(cè)圍堰坡腳的水平位移約2．0cm(見(jiàn)圖6)。隧道主體結(jié)構(gòu)澆筑完畢并回填后，隧道及堤頂?shù)乃轿灰圃?．7cm～2．2cm，方向?yàn)橄蜃髠?cè)(臨水側(cè))，滿足抗滑穩(wěn)定性要求(見(jiàn)圖7)。

5運(yùn)營(yíng)期間變形及穩(wěn)定性分析

根據(jù)GB50286—2013大堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范，大堤邊坡穩(wěn)定采用瑞典圓弧法，運(yùn)行工況下，最小安全系數(shù)Kmin按正常運(yùn)行條件考慮控制在1．20以上(見(jiàn)表2)。本工程灘涂面高程變化和地基土層變化情況選取典型斷面后，采用邊坡計(jì)算分析軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算(見(jiàn)表3)。邊坡臨水側(cè)邊坡穩(wěn)定系數(shù)2．42，岸側(cè)邊坡穩(wěn)定系數(shù)9．74，均能滿足要求。6結(jié)語(yǔ)本項(xiàng)目為典型堤隧結(jié)合隧道，通過(guò)對(duì)該類型隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的敘述，提出了堤隧結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

根據(jù)選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了施工階段聯(lián)合計(jì)算，分析了其豎向及水平向位移和穩(wěn)定，探討了大堤與隧道共同作用機(jī)理。本文還模擬分析了大堤與隧道運(yùn)營(yíng)期間的變形及穩(wěn)定分析，對(duì)類似的工程建設(shè)提供了參考。

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作者:夏至 單位:江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司