富水断层破碎带隧道合理施工工法研究

６ １ ０ ０ ３ １ ）
摘 要
文章基于深圳市政公路葵坝路隧道为研究对象， 采用三维有限差分法 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ对葵坝路隧道穿越 Ｆ ７ 断
层破碎带处 的开挖过程进行 了模拟 ， 针对三种不同施工工法 情况下 洞周位移 、 围岩 应力 以及 塑性 区进行 了对 比分 析， 研究结果表明 ： 三种不 同工法开挖 的竖 向位移和 围岩应力 相差不 大， 均 能满足施 工及设计 要求 ； 隧道开挖 过程
为 Ｋ２ ＋７ ４ ０ 。最 低 点对 应 黄海 高程 ２ ８ ． ４ ４ ３ ｍ， 最大 高差 可达 ３ ０ ５ ｍ。 花 岗岩及凝 灰 岩 控 制沿 线 的 山体 基座 ， 大部 分 山体 被第 四系覆盖 ， 球（ 椭球） 状 花 岗岩 孤 石 零 星 出 露， 局部相 对较 为 密集 ， 一般直径 ｌ ～３ ｍ， 最 大 可达 ５ ｍ。受 构造作 用影 响 ， 山势 陡 峻 ， 地 面高 差 较 大 ， 地
公路 隧道
２ ０ １ ３年 第 ２期 （ 总第 ８ ２期 ）
富水 断 层破 碎 带 隧道 合 理 施 工 工 法研 究
王 琪 邹 育麟 汪 波
（ １中国华 西工程设 计建设有限公司深圳分公司 深圳 ５ １ ８ ０ ２ ９ ；
２西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室／ 土木 工程 学院 成都
约 ３ ３ ５ ｍ。
图 １ 隧 道 纵 断面 图
厂— 一 ｕ 、 一
本工 程 区 属 深 圳 市 东 部 边 境 的 海 岸 山脉 地 貌 带， 山脉走 向北 东 。拟建 道路 中部 为特 长隧道 （ 左线
Ｋ１ ＋Ｏ ４ Ｏ ～Ｋ５ ＋５ ４ ０ ， 右 线 Ｋ０ ＋０ ４ ０ Ｋ５ ＋４ ４ ０ ） ， 隧
中， 拱顶 、 拱肩处承受较大 的拉压应力 ， 施工过程 中应给予重点关注 ， 采取合理措施 以确保结构稳定安全 。
关键词 隧道工程 有限差分元法 富水断层 破碎带 施工工法
１ 工 程 概 况
拟建 葵 坝 路 隧道 工 程 起 止 里 程 为 Ｋ１ ＋０ ６ ３ ～ Ｋ５ ＋６ ８ １ ， 长４ ６ １ ８ ｍ， 为特长公路隧道 ， 也 是 深 圳 市
・
根 据葵 坝路 隧道 施 工 设 计 阶段 的实 际形 态 ， 在 综 合 分析 隧道穿 越断 层破 碎带 平纵 断面 图及地 质资 料 的基 础上 ， 选 择最 不 利 工 况建 立 数 值 模 拟分 析 模
型 。本 文选 取 Ｆ ７断 层 处 隧 道 开 挖 为 例 。其 中 ， Ｆ ７
的 ４条 断裂 。
２ 计算方 案拟定及计算模型确定
图 ２ 隧 道 平 面 图
２ ． １ 计算 方案 拟定
该隧 道位 于葵 涌盆地 以东 ， 罗屋 田水 库 以南 、 径 心水 库 以北 的火烧 天峰 山岭 。主要 地貌单 元 为低 山 丘陵， 北 高南低 ， 以高丘 陵为 主 ， 其 间夹有 小 型盆地 、 谷地 及 冲沟 ， 局 部 冲沟 长年 有 水 流 通 过 。最 高 峰海 拔３ ５ ０ ． ３ ０ ｍ（ 火烧 天峰 山） ， 对 应 比较线 路 里程 桩号
形 坡度一 般 ２ Ｏ 。 ～３ ０ 。 ， 局部 大雨 ４ Ｏ 。 ， 多年 无 人 类 活 动， 导致 杂草 、 灌木 丛 生 ， 无 直 接 山 路通 达 路 线 走 廊 区， 通行 极 为 困难 。
首 条长度 突破 ４ ０ ０ ０ ｍ 的市 政 隧道 ， 隧道设计 纵 坡 ０ ．
均 出现在拱 顶及 左右 边墙 处 ， 且 塑性 区面积差 不 多 。 Ｃ Ｄ法 的拱 顶 、 拱 底及 边 墙 处 均 出现 塑 性 区 ， 且 面积
结合 拱顶 、 拱 底及 拱腰 侧移 曲线 图 ， 比较 分 析三 种 开挖 方 法下 洞周 收敛 情 况 可 知 ， 相 比于 其 他 两 种 开挖方 法 ， 采用 Ｃ Ｄ法 开挖 隧 道 时拱 顶 下 沉 值 减 少
譬水 源 保 护 区
，
道 经过 的地质 构造 以断 裂 构造 为 主 ， 对 本 工 程 有影
隧道终点
ｌ 罗晨 水库
隧
响 的断裂 有 ７条 （ 区域地 质资 料有 ６ 条， 物探成 果 另 发现 １ 条， 编号为 Ｆ ７ ） ， 隧 道经 过 的断 裂 有 ４条 （ 区 域 地质 资料 有 ３条 ， 物 探 成 果 另 发 现 １条 ， 编 号 为 Ｆ ７ ） ， 其 中Ｆ １ 、 Ｆ ２ 、 Ｆ ３和 Ｆ ７ 规 模较 大 ， 也 是 隧道经 过
相 对前 两种 工况 要 大些 ， 需及 时调 整 支 护 参 数进 行
加 固。
ｌ ｏ 左右 、 拱底 隆起 值减少 ３ Ｏ 左 右、 侧移 变形值 减少 ２ ． ７ ～６ ． ４ 左 右 。 因此 ， Ｃ Ｄ 法 能 有效 控 制 隧道洞 室周 边 收敛 。隧 道施 工 过 程 中 ， 隧 道 变形 对 安 全和 工程 质量 具 有 直 接 的 影 响 ， 其 中拱 顶 沉 降是 利用 隧 道变 形评 价 隧 道 施 工 安 全 中最 重 要 的部 分 ， 应尽 量 避免 位移 突变 的情 况 ＿ ３ ］ 。
断 层 产 状 Ｎ４ ５ 。 Ｗ／ Ｓ ｗ ６ Ｏ 。 ， 长约 １ ．３ ｋ ｍ， 宽 约
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王
琪等 富水 断层破 碎 带 隧道 合理 施 工工 法研 究
４ 三 种 不 同 工 法 的对 比分 析
４ ． １ 位 移对 比分 析
大［ ５ ］ 。其 中 ， 上下 台 阶法 与 预 留核 心 土 法 的 塑 性 区
５ ， 时速为 ５ ０ ｋ ｍ／ ｈ 。葵 坝 路 隧 道 纵 、 横 断面 图 分 别如图 １ 和图 ２ 所示。
隧道洞 身段 地形 地貌 为低 山丘 陵 ， 北 高南低 ， 以 高 丘 陵为主 ， 其 间夹 有 小 型 盆地 、 谷底 及 冲沟 ， 局 部 冲沟 常年有 水流 通过 ， 在 坝光 村 西 乡 西侧 山体 边 坡 处 出洞 。出洞 口山势 陡峭 ， 自然 边 坡 稳 定 。该 处 山 体 基 座为凝 灰岩 ， 地 表第 四系覆 盖层 较薄 ， 山顶 标高