大跨度浅埋连拱隧道施工与洞顶高压电塔相互影响分析

1、文章编号 ：（）中图分类号 ：文献标识码 ：大跨度浅埋连拱隧道施工与 洞顶高压电塔相互影响分析金建伟（华杰工程咨询有限公司 北京市 ）摘 要：广珠西线三期工程深湾隧道为三车道大跨度连拱隧道 ，进口浅埋段下穿高压电塔 ，施 工风险较大 ，需 进 行特殊设计和施工。利用 有限元程序建立地层 隧道 电塔桩基的模型 ，对深湾隧道下穿电塔施工全过 程进行三维数值模拟 ，分析了电塔与隧道相互 之 间 的 影 响。 结合现场监测数据与数值模拟结果 ，对加固和施工方案 实施效果进行了评价 ，可为类似工程提供参考 。关键词：大跨度隧道；浅埋隧道；高压电塔；数值分析；沉降值由于地形条件和走廊带条件限制 ，公路、铁

2、路隧 道与高压输电线路往往存在相交或平行 ，因 此隧道 上方或者临近隧道上方碰到高压电塔的情况时常出 现。目前隧道施工对周边建筑物影响的研究多侧重 于隧道施工引起地层及地表位移对房屋 、桥 梁桩基 等的影响，而对于 高压电塔这种高耸空间结构研究 较少。隧道下穿施工时容易造成电塔塔基不均匀沉 降，而电塔结构基 础独立 ，对 倾斜度敏感，需 要严格 控制基础 的 不 均 匀 沉 降。 一 旦发生电塔倒塌的事 故，其造成的经 济损失和社会影响巨大。 因此制定 可靠的方案以避免对电塔等高耸建筑结构的影响， 是需要我们在隧道施工中引起足够重视的。根据深湾隧道下穿高压电塔桩基段工程背景， 本文通过 有 限

3、元程序建立地层 隧道电塔桩基的模型，对施工全过程 进行三维数值模 拟，分析电塔与隧道相互之间的影响 ，得出深湾隧道 施工对洞顶电塔相互影响的特征。通过现场监测数 据与数值模拟结果的印证 ，对加固 和施工方案及实 施效果进行评价。 工程概况广珠西线高速公路三期工程的深湾隧道为双向 六车道连拱式隧道，位于中山市板芙镇深湾村 ，线路 大致呈北南走向，洞身横穿一座低丘 ，山顶最大高程约 ，隧道的最大埋 深约 ，隧 道的起讫桩 号为 ，全 长 ，属 于浅埋 式短隧 道。 深 湾 隧 道 设 计 建 筑 限 界 宽 ，高 。级围岩地段隧道毛洞开挖跨度达， 为特大跨度隧道。根据隧道地勘报告及中导洞开挖揭示，

4、深 湾隧道 段围岩属前寒武系强风化 粉砂岩，岩 围 岩 波 速 ，结构松散，稳定性差，开挖时顶部及侧壁均不稳 定，易出现地表下沉或坍塌 。地下水含量较少，雨季 会出现涌水现象。隧道围岩级别划分为级。环板芙高压电塔是 ，塔 架高约 ，根开 ，位于深湾隧道 处。 如图 、图 所示。电塔基础平面位置距隧道测设线最近距离 为 ，即位于 左洞拱腰上方，电 塔基础为人工 挖孔桩，桩长，电塔桩基底距左洞拱顶。 电塔加固方案考虑到电塔拆迁难度大 、费 用高、周 期 长，经 过 专家会论证，拟 采取不拆迁电塔 ，以 洞内加强为主， 地表加固为辅的方案 ：电塔基础周围设置截水沟 ，塔 基周围地表浇筑 混凝土封闭加

5、固地表，避 免雨 水从地表裂缝下渗 ，洞内采用加强隧道支护参数 、优 化隧道施工技术的方案下穿电塔 ，并加强监控量测。收稿日期 ：图 电塔与隧道位置关系平面示意 隧道支护参数通过隧道结构设计验算及工程类比 ，在 深湾隧 道 段，即电塔 桩基前后 范围内，采用加 强 的 型 衬 砌， 型支护参数见图。单位 ：图 电塔与隧道位置关系立面示意 单位 ：图 隧 道衬砌断面深湾隧道 段的辅助施工 措施主要采用× 双层注浆小导管的超前支护。 内外层小导管环向间距分别为 和，注 纯 水泥浆（），注浆压力 。 隧道施工方案深湾隧道电塔段地层岩性为第四系残坡积层、 全风化粉砂岩、强风化粉砂岩及中风化粉

6、砂岩 ，岩质 较软，岩体破碎，隧道围岩级别划分为级。连拱隧道施工采用三导洞法施工。中导洞及侧导洞的临时支护系统锚杆为 药卷锚杆，锚 杆长；钢 筋 网 采 用 单 层 钢 筋 网，网 格 间 距×；工字钢钢架采用型工字钢，钢 架 纵向间距；喷射混凝土采用 早强 混凝土， 厚。严 格控制开挖进尺，侧 导 和 主 洞 均 按 照 进 尺 开 挖。 严 格 控制相邻洞室开挖时的步 序，减少相互影响。 监控量测方案掌握电塔基础变形沉降 、电塔倾斜度状况 ，以及 隧道衬砌受力和围岩变形状况等 ，为加固方案的实 施提供支持，在深 湾隧道下穿高压电塔段制定了有 针对性的监控量测方案。电塔塔基的 个塔

7、脚处，各 设置 个电塔沉降 监控量测点；在 处 沿 隧 道横断面方向布 设个地表沉降监测点。 在洞身开挖过程中 ，洞 内 监控量测按个 断面布设，监 控量测洞内隧道 拱顶下沉及水平收敛。施工期间 次 观测各 点的沉降值。 电塔加固方案的数值模拟 模型的建立利用 软件建立有限元模型（见图），范 围为铁塔周 边 横 向 、纵 向 、竖 向 。 模型中隧道围岩、二衬结构及电塔 桩基采用三维实 体单元模拟，初支采用板单元模拟 、系统锚杆采用植 入式桁架 单 元 模 拟。 围 岩从 上到下依次是粉质黏 土、全风化粉砂 岩、强风 化粉砂岩和中风化粉砂岩， 采用莫尔库仑屈服准则。模型边界条件：顶面为自 由面

8、，底面为竖向约束，左右和前后边界为水平约束。图 模型及网格划分 模型假设条件：（）电 塔荷载及铁塔自重换算成 恒载加载到模型中的电塔桩基，不考虑铁塔内力变化 引起的电塔倾斜；（）洞 内支护按 级围岩 型衬砌进行模拟；（）超前 支护的注浆加固采用等效 原则通过提高加固体范围内围岩参数进行模拟。连拱隧道开挖模拟的步序按照实际施工步序进 行。中导洞开挖完成后进行中隔墙浇筑 ，再 进行左 侧导洞和右侧导洞的开挖 ，右侧导洞落后左侧导洞 。左侧主洞开挖采用环形开挖预留核心土法， 落后左侧导洞 时 开 始 开 挖 上 台 阶 环 形 部 分， 核心土保持落后上台阶 ，下 台 阶 保 持 落 后 核 心 土

9、 。右侧主洞与左侧主洞开挖工序相 同 ，右 侧 主洞保持落后左侧主洞 。中导洞、侧 导和主洞 开挖进尺按照 控制。计算参数主要参考地勘报告及类似工程项目， 并结合深湾隧道的实际情况综合得到 ，如表所示。表 模型计算参数材料 密 度 弹 性 模 量泊松比黏聚力内摩擦角（°）粉质黏土全风化粉砂岩强风化粉砂岩中风化粉砂岩初期支护临时支护二衬锚杆电塔桩基 数值模拟结果分析通过计算可知连拱隧道开挖完成后围岩应力变 化，初支及二衬 的受力特征等。 本文主要关注电塔 塔基沉降情况，如图所示。图 电塔塔基位移曲线 由图 中可知，根 据塔基靠近连拱隧道中心位 置的距离大小其沉降值也不同 。 号塔基靠近

10、左洞 中线最近，其 累计沉降值最大达到 。 各个 工况比较可知靠近电塔基础的左侧导洞开挖和左侧 主洞开挖时引起的沉降值最大 ，如 号桩基达 和 。 可见靠近桩基距离近的左侧导洞 和左侧主洞开挖是控制沉降的关键步骤。根据 高 耸结构设计规范（ ） 的规定：当基础不 均匀沉降时会产生附加应力的结 构，基础的沉降差限值见式（）。（）式中： 为相邻基础中心点的距离。本 项 目 模 拟 的 电 塔 高 ，塔 基 中 心 间 距，根 据 式 （）可 知 规 范 允 许 的 差 异 沉 降 值 为×，从图可知最大差异 沉降值。可见此电塔加固方案能满足要求。 方案实施效果评价在数值计算等综合手段分析

11、后确定的电塔加固 方案，在现场得到了实施，通过施工单位的精心施工， 深湾隧道顺利贯通，洞顶电塔也保证了安全运营。实际施工过程中，按 照监控方案对电塔塔基沉 降、地表沉降、洞内拱顶沉降和水平收敛等进行了系 统地监测。现场监测的值均在可控范围之内。图 为塔基累计沉降的时程曲线 ，监 测时间为 左侧导洞开始开挖到右侧主洞通过电塔段。表中 实测值与计算值进行了对比 ，实测值略小于计算值 ， 实测 最 大 差 异 沉 降 值 ，累 计 沉 降 最 大 ，均小于规范的容许值 。计算值和实测值基 本吻合，尽 管 数 值 有 些 差 异，但塔基变形的趋势相 似，考虑到实测实 施时中导洞已经通过电塔段及现 图

12、电塔塔基累计沉降时程曲线 场其他不利因素的影响 ，可以认为两者是一致的，数 值分析的结果能很好地指导实际施工。以洞内加强 为主，地表加固为辅的电塔加固方案 ，确保了电塔的 安全，取得了很好的技术经济效果 。表 电塔塔基累计沉降值 位置 实测累计沉降 值计算累计沉降 值号塔基号塔基号塔基号塔基 结语（）深湾隧道 洞顶电塔塔基沉降主要与塔基距 离隧道的空间位置有关 ，距离 越近变形越大，隧 道分 部开挖的步序中，靠近塔基处部位的开挖对塔基沉降 影响较大，也就是控制沉降的关键步序需特别关注。（）隧道开挖 的实际监测情况与数值模拟计算 的结果相比较，所反映的 塔基的沉降趋势相似。 尽 管变化值的大小存

13、在差异 ，考虑现场施工的各种干 扰和不利影响因素，可以认为两者是一致的。（）深湾隧道已经建成通车 ，设计施工中所采用 的以洞内加强为主 、地表加固为辅的下穿电塔方案 ， 取得了良好的经济效益和社会效益 ，可 供类似工程 参考。参考文献： 王秀格 ，乔 兰 ，孙 歆硕 地下采空区上输电塔 基稳定性 的数值模拟金 属矿山 ，（） 杨元洪 李家冲大跨度隧道施工与上覆高压 输电铁塔 相互影响分析中 南大学 ， 阳军生 ，杨 元洪 ，等 大断面隧道下穿既有高 压输电铁 塔施工方案比选及其应用 岩石力学与工程学报 ， ，（） 徐茂兵 区间隧道通过高压铁塔加 固方案 现 代隧 道技术 ，（） 董志明 ，尹

14、国强 近距离下穿电塔段大跨度 浅 埋 隧 道 的设计与施工山 西建筑 ，（） 高耸结构设计规范 中交公路规划设计院有限公司 国 家高速公路珠江三 角洲环线广东省中山市沙溪至月环段两阶段施工图设 计，（）文章编号 ：（）中图分类号 ：文献标识码 ：软岩地段隧道初期支护变形侵限处治探析历永杰，杨明举（华杰工程咨询有限公司 北京市 ）摘 要：四川省道线某隧道地质情况复杂 ，隧道围岩稳定性差 ，其工程地质特性随着岩层矿物质成分 、产 状、 风化程度 、地下水赋存特征的不同有很大差异 ，隧道围岩具有典型的软岩或极软岩特性 。 通过对该隧道初期支护大 变形的原因分析 、处理措施及施工过程的监控 ，浅析了软岩对隧道施 工的影响以及处治方法 ，对该类软岩隧道的设计 和施工具有一定的借鉴意义。关键词：软岩隧道；初支侵限；隧道处治 软岩区隧道的认识 软岩的工程特性在软岩区的隧道设计 、施 工一直是地下工程难 以解决的问题。虽然从工程特性看软岩的主要特点 是围岩的变形量大，但受其地质成因、围岩成份以及 地下水等因素影响，表现出的特性也是不一样的 ，如 软弱、破 碎、流 变、膨 胀等。 一般隧道常遇的软