前言：本站為你精心整理了圍巖施工管理范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：通過湖南兩岔口公路隧道施工實(shí)例,介紹了新奧法原理及Ⅲ級圍巖根據(jù)新奧法原理采用的具體施工方法，同時介紹了兩岔口隧道施工過程模擬的原理。

關(guān)鍵詞：兩岔口隧道；新奧法；施工過程模擬

1工程概況

兩岔口隧道是一座雙向四車道高速公路小凈距中隧道，位于吉首市以西4km。左洞起至樁號為ZK2+767～ZK3+280,長513m；右洞起至樁號為YK2+771.6～YK3+280,長508.4m，隧道總長1021.4m。

2新奧法的基本原理

新奧法是一個具體應(yīng)用巖體動態(tài)性質(zhì)的完整的力學(xué)概念（或者說是一種隧道工程概念），是按科學(xué)制定的并已為實(shí)踐所證明的原則和思想去修筑隧道。其特點(diǎn)是在開挖面附近及時施作密貼于圍巖的薄層柔性支護(hù)和錨桿支護(hù)，控制圍巖的變形和應(yīng)力釋放,從而在圍巖和柔性支護(hù)的共同變形中調(diào)整圍巖內(nèi)部應(yīng)力分布，達(dá)到應(yīng)力平衡，最大限度地保持圍巖固有強(qiáng)度和利用其自承能力。

新奧法的基本原理可以歸納為以下幾點(diǎn)：

2.1隧道開挖作業(yè)應(yīng)采用光面爆破,選擇合理的斷面形狀、施工程序和開挖方法，并盡量采取大斷面開挖，盡量減少對圍巖的破壞程度。

2.2隧道開挖后，盡量利用圍巖的自承能力，把圍巖當(dāng)作支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本組成部分，遇塑性變形較大的圍巖壓力，增設(shè)錨桿加固，使圍巖與支護(hù)緊密結(jié)合，施作的支護(hù)將同圍巖共同工作，形成一個整體的承載環(huán)

或承載拱

2.3根據(jù)圍巖特征采用不同的支護(hù)類型和參數(shù)，及時施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿作為初期支護(hù)，以控制圍巖的變形和松馳。

2.4在軟弱破碎圍巖地段，應(yīng)及早閉合隧道斷面，及時封閉仰拱，能有效地發(fā)揮支護(hù)體系的作用，保證隧道的穩(wěn)定。

2.5二次襯砌是在圍巖與初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的情況下構(gòu)筑的，圍巖的支護(hù)形成一個整體，不僅能提高支護(hù)體系的安全度，而且還能增加襯砌的厚度。

2.6盡量使隧道周邊輪廓圓順,避免棱角突變處應(yīng)力集中。

2.7設(shè)置量測系統(tǒng)，監(jiān)測圍巖變位、變形速率及收斂程度，并進(jìn)行必要的反饋分析，正確估計圍巖特性及其隨時間的變化，及時調(diào)整開挖及支護(hù)方式，以確定施作初期支護(hù)的有利時機(jī)和是否需要補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等措施。使設(shè)計施工更復(fù)合實(shí)際情況，確保施工安全。

2.8在某些條件下，還必須采取其他補(bǔ)充措施，如超前灌漿，凍結(jié)、疏導(dǎo)涌水等，方能使新奧法取得成功。

3兩岔口隧道Ⅲ級圍巖開挖方式的選擇

選擇開挖方式時，應(yīng)考慮下列幾個問題：（1）隧道埋深、巖體狀況、有無斷層破碎帶、有無涌水、巖石強(qiáng)度等有關(guān)隧道圍巖自穩(wěn)性的問題；（2）隧道總長或工區(qū)長度，隧道的線形，斷面形狀和尺寸等有關(guān)工程規(guī)模；（3）地表設(shè)施狀況，對地表下陷有無要求，地表下陷量的容許值等有關(guān)環(huán)境要求問題；（4）機(jī)械設(shè)備，工期等施工條件問題。因短臺階開挖比長臺階更早地使支護(hù)結(jié)構(gòu)形成閉合斷面，更利于控制地表沉降量。因此，在巖質(zhì)條件更差時，采用短臺階開挖比長臺階法更有利。根據(jù)兩岔口隧道工程實(shí)際情況，Ⅲ級圍巖決定采用短臺階法進(jìn)行開挖，分成上半斷面和下半斷面

4兩岔口隧道施工過程模擬原理

隧道施工過程的位移和應(yīng)力受到施工方式、開挖步長、速度及施工組織的影響。在對施工過程的模擬要真實(shí)的反映實(shí)際的施工過程，同時進(jìn)行必要的簡化。分開挖、支護(hù)步驟分別進(jìn)行模擬。由于土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的復(fù)雜及本構(gòu)模型的選用、土的分層性、土體的各向異性及不均勻性、施工條件影響復(fù)雜、土體應(yīng)力狀態(tài)的改變等因素難以準(zhǔn)確地解決，所以利用有限元計算得出的結(jié)果目前只能停留在探求土體應(yīng)力及位移場的分布規(guī)律的定性分析上，尚不能達(dá)到定量化，因此對兩岔口隧道Ⅲ級圍巖施工過程進(jìn)行模擬分析的主要目的是描述隨著開挖的進(jìn)行，圍巖和支護(hù)的位移和應(yīng)力的變化規(guī)律，以便更好的指導(dǎo)施工的繼續(xù)進(jìn)行。

4.1開挖過程的模擬

根據(jù)開挖多個單元時在各結(jié)點(diǎn)上引起的增量等效結(jié)點(diǎn)荷載公式

式中：Nde——挖掘單元總數(shù)

——位移應(yīng)變矩陣，

——原始狀態(tài)下的初始地應(yīng)力，

N——形函數(shù)矩陣，

γ——巖土介質(zhì)坐標(biāo)軸方向的容重分量，

Se——挖去單元的面積

可知，每次開挖都可以用增量形式的荷載來表示。所以，在整個開挖過程中引起的應(yīng)力和位移的變化情況就很容易通過分級開挖，即分級加載來模擬計算，每級加載的同時把挖掘的單元變?yōu)榭諉卧?/p>

4.1.2開挖過程的荷載釋放

用有限元計算出開挖面邊界處各結(jié)點(diǎn)荷載，將開挖釋放的等效結(jié)點(diǎn)力反加于開挖邊界，對已“挖去”的單元材料賦一小值，形成所謂“空單元”，這就完成了開挖過程的模擬。值得指出的是用“空單元”取代開挖單元，可能導(dǎo)致剛度矩陣變態(tài)。為了解決此問題，可令已挖去的結(jié)點(diǎn)位移為零，并把這些結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的方程從總剛度方程消去。

使用等效結(jié)點(diǎn)荷載法對開挖過程進(jìn)行模擬，開挖荷載如何施加的是問題的關(guān)鍵。開挖后，開挖處單元沒有剛度。為反映開挖的實(shí)際情況，可以在每次開挖后都重新形成單元劃分網(wǎng)格。如果用人工處理網(wǎng)格劃分，顯然是件極其煩瑣的工作。這個問題可以通過編制自適應(yīng)網(wǎng)格劃分程序來解決。

4.1.3澆注建造過程的模擬

隧道的開挖和支護(hù)過程是分期進(jìn)行，相互交替的，因此數(shù)值分析過程中也要模擬這種過程，首先，在劃分洞室內(nèi)部單元時就必須考慮整個施工程序，所有開挖和澆注部分的邊線都必須是單元的邊線，而不能在單元內(nèi)部。澆注建造過程的模擬比較簡單，即在開挖之后某一規(guī)定的分期內(nèi)，將澆注部分對應(yīng)的“空單元”重新賦予襯砌材料的參數(shù)后再進(jìn)行計算。適當(dāng)改變開挖和澆注建造方案，比較圍巖應(yīng)力和變形情況，對確定最優(yōu)施工程序是非常有效的。

對于施工過程的模擬，采用二維有限元計算隧道時，由于將隧道開挖當(dāng)作平面應(yīng)變問題來處理，平面應(yīng)變問題處理的施工實(shí)質(zhì)是將隧道上臺階挖通后再進(jìn)行錨噴支護(hù)，此時由于上臺階開挖產(chǎn)生的位移已經(jīng)完成（沒有考慮巖體的流變，以下同），錨桿和噴層在開挖下臺階前沒有受力和變形發(fā)生。三維有限元可以真實(shí)地反映隧道的施工過程中上臺階分段開挖時錨桿地受力和變形，對于上臺階分段開挖時可處理成不同的工況，作為不同的開挖步，分布計算各步所產(chǎn)生的位移

根據(jù)位移地變化就可求出錨桿的內(nèi)力。

4.2支護(hù)的模擬

錨桿用桿件有限元模擬，由于錨桿是鋼筋，其軸向承載較大，而抗彎能力相對較弱，故用桿件有限元模擬計算誤差不會太大在分析錨桿與巖體的聯(lián)接時，根據(jù)實(shí)際情況可假定為鉸接，把錨桿軸力作為一種附加荷載施加于相應(yīng)位置的結(jié)點(diǎn)上（尤其是端部錨固的錨桿都是這樣處理的）通過計算兩錨固點(diǎn)之間的相對位移，可得到錨桿內(nèi)的拉應(yīng)力，乘以錨桿的斷面面積，則可得到錨固的結(jié)點(diǎn)力，對于全長的錨固的錨桿，可將沿錨桿分布的剪應(yīng)力，按其分布規(guī)律化為等效結(jié)點(diǎn)力施加于錨桿通過的各結(jié)點(diǎn)。考慮錨桿與巖體的共同作用，將錨桿的附加剛度加入總體剛度矩陣。