变截面大跨度隧道快速施工技术分析论文
摘要：在隧道的建设发展过程中，隧道快速施工已经成为主要的趋势。本文以毛蓬岗隧道施工工程为例，介绍了变截面大跨度隧道施工过程中的总体施工方案，包括施工关键技术、施工内容，其中详细介绍了二次衬砌施工工艺流程，实践表明，二次衬砌施工使得毛蓬岗隧道在施工工期内顺利建成，这种施工技术不仅能够提高施工效率，还具有明显的经济效益，对变截面大跨度隧道的快速施工提供较高的参考价值，值得推广。
关键词：变截面；大跨度；隧道；快速施工技术
引言
随着铁路建设的不断发展和建设标准的提高，高速铁路和客运专线的修建对现场施工技术和建设规模提出了更高的要求，由于铁路交叉、上跨等因素影响，隧道设计演变出多种形式，其中单洞单线合并为大跨度单洞双线段支护形式多、开挖难度大、变截面较多等因素影响到整个隧道的施工进度，因此，研究大跨隧道快速施工技术对整个隧道贯通节点工期起到非常重要的作用。
1隧道分类简介
隧道按照开挖的深度不同可以分为小跨度隧道、中跨度隧道、大跨度隧道和特大跨度隧道，按照国际隧道协会ITA给出的隧道换段面积的大小来划分隧道主要有以下几种：①极小断面隧道，横断面积为2-3平方米。②小断面隧道，横断面积为3-10平方米。③中等断面隧道，横断面积为10-50平方米。④大断面隧道，横断面积为50-100平方米。⑤特大断面隧道，横断面积为大于100平方米。本文的研究对象是大跨度隧道同时是变截面的隧道施工技术，包含了开挖方式、支护方式、建设过程等等。
2工程概况
毛蓬岗隧道单、双线全长9883m，隧道大跨段起止里程为DK31+200～DK32+065，总长度865m，施工方向是自大里程向小里程施工，此段共8个变截面，加宽宽度1.0m～6.6m，由于需要施工的隧道截面变化频繁、施工跨度逐渐变大，针对隧道的开挖工作难度系数和危险系数较大，增加了大跨段的施工难度，研究大跨段快速施工技术可以提高大跨段施工各道工序的施工效率，满足施工过程中的各项技术要求，从而保证整个隧道施工贯通节点工期，建设高质量的隧道工程。
3总体施工方案
3.1施工关键技术
在上述工程中开展变截面大跨度隧道快速施工技术研究，其关键技术包括以下几点：①利用两套软件根据实际的工程地质情况分别建立详细的三维分析模型，模拟开挖和支护过程，准确有效地计算沉降变形，确保施工安全。最后将数值分析结果结合实际监控量测结果，建立大跨度隧道工程施工安全等级判别方法和评估体系，建立大跨隧道开挖、支护施工对监控量测及沉降影响的预测方法。②利用应变测量技术针对型钢钢架不同施工阶段受力情况进行分析，为保证隧道施工安全和动态施工提供依据。③根据模拟分析和实测数据选择合适的.施工工法，提高施工效率。④变跨段二次衬砌快速施工技术。
3.2施工内容
①监控量测分析系统的建立及使用。毛蓬岗隧道大跨段变截面较多，地质较复杂，隧道浅埋等地质条件，给变截面大跨度隧道快速施工带了很多不可预见的不稳定因素。利用MIDAS/FEA和ADINA有限元软件对大跨段隧道施工进行动态开挖及沉降的数值模拟。建立三维空间模型，考虑复杂的地质情况，模拟开挖过程以及支护结构的有效性，计算沉降大小以及其影响。根据有效数据，为下步施工进度提供可靠依据。②变截面隧道施工方案优化。为了保证大断面隧道自身的施工安全，需要建立大跨度隧道工程施工安全等级判别方法和评估体系，建立大跨隧道开挖、支护施工对监控量测及沉降影响的预测方法，根据隧道开挖、支护、衬砌不同的施工阶段，建立安全控制指标和控制标准及评估与控制体系，形成大跨隧道施工基于监控量测的施工控制措施。从而，对变截面隧道施工方案进行优化是保证隧道安全施工的前提。同时，根据建立的风险评估体系，需建立相应的监督机制，以确保该体系在隧道施工整个过程中的有效运用。③应变测量分析。建立大跨段隧道施工监控量测和沉降变形的观测系统。对沉降变形的观测系统的建立要结合数值分析进行，在不同工序施工及转换的时候考虑其对监控量测数值的影响。对大跨段初期支护钢架受力系统分析采用埋设应变片的方式，通过实测应力分布变化和结合模拟软件分析，给大跨隧道施工支护提供一定的参考依据。④变跨二次衬砌快速施工技术研究。大跨隧道快速施工离不开二次衬砌的跟进。根据铁道部120号红头文件和隧道施工安全九条规定的要求，针对软弱围岩严格控制安全步距。大跨度隧道开挖断面大，且断面尺寸复杂多变，如何能快速高效，保证安全和质量的前提下加快二次衬砌施工进度，保证隧道安全步距的要求也是一项重要研究内容。二次衬砌施工前，应当进行初期支护的验收工作，主要包含以下几项：锚杆拉拔力检测试验、初期支护混凝土取芯检查、初支混凝土背后孔洞扫描以及初支断面尺寸扫描及监控测控制情况等等。待验收合格后，再按照图1所示的流程进行二次衬砌施工。第一，工程测量控制。应当确保隧道中线、标高、断面尺寸以及净空大小的准确性，同时还应当在保证隧道监控量测符合相关规定的条件下开展二次衬砌；在放样过程中，可以对衬砌轮廓进行适当的扩大，但是需要保证衬砌不能进入隧道建筑界限。第二，防排水施工。防排水施工应当严格遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，建立完善的防排体系。第三，钢筋工程。采用防水板台车进行二次衬砌钢筋施工，固定钢筋顶部可以先进行试拼，自下而上在底部仰拱处预留出钢筋进行焊接固定，并通过加设混凝土垫块，来保证混凝土保护层的厚度。第四，衬砌台车定位。完成衬砌台车的拼装，并且验收合格后再进行洞内定位。台车定位可以分为初步定位、精确校正定位两步。前者通常通过拱顶标高、拱脚标高以及中线3点确定。第五，二衬混凝土施工。该环节主要包含混凝土拌和、混凝土运输、混凝土浇筑、混凝土振捣、二次衬砌混凝土拆模养护等工序。
4施工进展情况
目前已完成了监控量测分析系统的建立和施工方案的优化。工作进展情况如下：①毛蓬岗隧道大跨段地质较复杂、隧道浅埋地段较长，隧道施工过程中不可避免的会遇到各种各样复杂的地层，隧道施工方法各不相同。为确保作业人员的生命财产安全，在进入隧道施工前对其进行有效探测，可防范和规避风险。为保证在安全的前提下加快变截面大跨度隧道施工，利用MIDAS/FEA和ADINA有限元软件对大跨段隧道施工进行动态开挖及沉降的数值模拟。建立三维空间模型，考虑复杂的地质情况，模拟开挖过程以及支护结构的有效性，计算沉降大小以及其影响。结合超前地质预报数据，建立了监控量测分析系统，根据有效数据，为下步施工进度提供可靠依据。②利用监测数据，科研小组对大跨段的开挖、出渣、支护、衬砌等工序进行了进一步的研究，完成了施工方案的优化工作。
5施工效果
①对突变断面应用纵横导洞法施工，采用这种方式可以较好地实现隧道标准断面到大断面的突变，达到工程的预期目标。并且可以有效地缩短工程工期、降低工程造价、施工难度也会有明显的降低，这些特点都比隧道变由小到大的渐变面方案优异许多，在今后的同类工程中也可以大力推广。②扁平大断面隧道开挖后，会造成隧道岩体内部空间的压力分布不均匀，随着对隧道开挖深度和高度的增加，要求产生的拱作用发挥作用变小，截面会产生较大的松弛地压，从而造成拱顶范围的土体不稳定，因此，在施工过程中，需要加强超前支护措施，坚持“先支后掘”的原则，从而有效地保证施工安全。③变截面大跨度隧道在施工过程中由于采取了正确的开挖方式、有效的支护手段和小导管注浆固结围岩及有利的安全保障措施，顺利度过了大跨段施工阶段，确保了工程质量和施工进度，受到了业主和监理单位的一致好评。
6结语
通过针对变截面大跨度隧道快速施工这一课题的研究，在研究过程中发现了工程的复杂性、变化性和多样性，在工程前期需要进行详细、缜密的勘察工作，针对后期可能出现的任何问题与变量都要充分的考虑情况，否则很可能随着工程的开展使得问题扩大化，同时，在针对变截面和地势变化情况较为复杂的地段施工时，要充分地利用好信息技术建模，对井下岩体环境做到全面掌握，提高施工质量，降低施工过程中的阻力。今后，在隧道施工方面还有许多的实践研究工作需要加强，尤其是在施工工艺的操作细则和标准以及新技术、新方法、新设备和新工艺的结合方面。
参考文献：
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