悬索桥隧道式锚碇开挖方案分析

谭浩明

【摘 要】以浙江官山大桥工程为背景,从开挖施工步骤与隧道锚施工中的应力及位移变化特点等方面,对台阶法与CD法两种开挖支护方案进行了比较,推荐采用台阶法进行该桥梁施工.

【期刊名称】《山西建筑》 【年(卷),期】2017(043)003 【总页数】3页(P161-163)

【关键词】隧道锚;台阶法;CD法;开挖施工 【作 者】谭浩明

【作者单位】中交第二航务工程局有限公司,湖北武汉430040;长大桥梁建设施工技术行业重点实验室,湖北武汉430040 【正文语种】中 文 【中图分类】U455.4

隧道锚是将围岩作为锚碇的承载受力的一部分，与锚碇组成共同的受力体系，承受桥梁缆索拉力，相比于重力式锚碇而言，其结构更为受力合理，且工程量小，工程造价也较低。但其对锚碇周边地质条件要求较高，一般用于节理较小、岩体力学性能较好的地区。隧道锚的设计主要需考虑锚体周围的岩体要有足够的强度和稳定性承受锚体传来的缆力。即要求隧道锚本体与围岩之间胶结面稳定、隧道锚与围岩整体稳定。本文依托工程为浙江官山大桥，其锚室间的间距范围较小，仅为9.5 m～

16.0 m，隧道锚中夹岩墙对锚碇的整体稳定性影响较大，施工过程中应尽可能减小对中夹岩墙的爆破扰动，开挖工法的选择比较重要。

纵观隧道锚的施工方法，主要有以下几种：全断面法、台阶法、中隔墙法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。在实际工程中，Ⅴ级围岩常常采用CD法或环形开挖留核心土法进行开挖，Ⅳ级围岩较多采用台阶法开挖，本依托工程主要针对CD法和台阶法进行方案比选，确定合理的开挖方案。

数值模拟采用ABAQUS有限元软件，采用平面应变模型，模拟两锚室最近距离断面(相距9.51 m)。 2.1 开挖施工步骤

隧道锚采用台阶法开挖与支护施工步骤如图1所示。 2.2 隧道锚施工过程中应力及位移分析

先行隧道上断面开挖并喷锚支护后，隧道拱脚位置出现较大的应力集中，最大应力为1.074×106 Pa，如图2所示。开挖底边，应力释放较多，塑性区主要分布在下台阶脚部，如图3所示。下断面开挖并喷锚支护后，隧道锚围岩应力改善明显，上断面拱脚位置较大的应力集中消失，隧道下断面拱脚位置出现应力集中，此时围岩最大应力为1.7×106 Pa，见图4。塑性区主要分布在隧道底部拱脚处，最大塑性应变为4.286×10-5，见图5。

后行隧道开挖的应力与塑性区变化规律与先行洞行一样，当隧道完全开挖完成后，当隧道采用台阶法开挖完成后，围岩塑性区位于两隧道拱脚部位。后行隧道的塑性区与先行隧道的塑性区位置与区域均一致，由于后行隧道的影响，先行隧道的塑性应变增大由4.2×10-5变到6.9×10-5。 3.1 开挖施工步骤

隧道锚先行洞室采用台阶法，后行洞室采用CD法开挖与支护施工步骤如图6所示。

3.2 隧道锚施工过程中应力及位移分析

先行洞室采用台阶法开挖，其应力场和位移场与上节分析一样。当后行洞室采用CD法开挖时，其应力变化和塑性区变化与台阶法开挖类似，主应力主要集中在顶部与脚部，当隧道开挖完成后，隧道的塑性区分布图如图7所示。当采用CD法施工后行洞室，塑性区较采用台阶法施工略有变小，但变化不大，塑性区最大塑性变形由7.121×10-5减小到6.163×10-5。

开挖后围岩朝洞内方向移动，整个开挖过程中，由于围岩强度较高，因而水平收敛与拱顶下沉量均较小。隧道开挖完成后，先行隧道的最大收敛位移为0.52 mm，后行隧道的最大收敛位移为0.53 mm，先行隧道的最大拱顶下沉量为2.38 mm，后行隧道最大拱顶下沉量为2.40 mm；先行隧道最大隆起量为1.74 mm，后行隧道最大隆起量为1.77 mm。

通过对台阶法和CD法工法比选，由施工期围岩应力、位移场等计算结果可知： 1)CD法较台阶法而言，对隧道拱顶沉降的控制效果更好，但由于CD法加大了竖向约束，但水平约束无明显增强，因而水平位移较台阶法而言略有增大。依托工程中围岩强度较高，后行洞室采用CD法和台阶法对围岩的变形影响不大。 2)无论是采用CD法还是台阶法，均为在隧道的拱脚位置产生少量的塑性区。相比台阶法，采用CD法，塑性区相对较小，且最大塑性应变值也较小。

3)台阶法相对CD法而言工序少，相互影响小，出渣快，机械设备效率比较高，上、中、下导坑一次成形，围岩暴露时间短，安全能保证，工程造价低。

综上所述，后行洞室如果改用台阶法施工，对围岩的扰动和洞室的变形影响微小，但具有提高施工效率、加快工期、降低工程造价的优点。因而从可行性、经济合理性和安全可靠性三个方面分析，认为可以采用台阶法替代CD法进行施工。

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