分水关隧道F1断层破碎带施工方法比选
１．工程概述
分水关隧道位于温福铁路闽浙两省交界处，隧道全长９７３５ｍ，在
隧道中央处设有一座斜井，斜井到温州方向单向掘进长度４４８３ｍ，
为温福铁路单口掘进之最，被列为全线的头号重点控制工程。分水关隧
道穿越三处较大断层，其中Ｆ１断层带宽度为２～
５ｍ，断层影响宽度约３０ｍ。沿断层带剥蚀较强烈，地貌形态基本为沟谷，断层与分水关隧道呈小角度斜交，属高角度压扭性断层，以扭为主。采用ＴＳＰ２０３进行超前地质预报预测，Ｆ１断层及其影响带，ＤＫ８２＋１０７～ＤＫ８２＋００５段围岩级别为Ⅳ级，局部为Ⅳ级偏弱，该段小型节理发育，节理密度１．７３条／ｍ，节理面光滑平整，无充填，张开度小，有明显错动，局部可见压性擦痕，随着掘进可能在ＤＫ８２＋０４５～ＤＫ８２＋０３７（８ｍ）间地下水量较大，与大型结构面重合，为地下水的流动提供了通道。
２．计算模拟
在隧道施工过程中，隧道的预支护参数、施工方法、各工序的衔接情况的不同，对地层的扰动以及地表的位移都会产生较大的影响。本文采用ＭＩＤＡＳ－ＧＴＳ软件进行二维模拟分析，计算针对分水关隧道Ｆ１断层破碎带的施工，分别模拟了三台阶法和ＣＲＤ法的开挖支护过程，本计算未考虑二衬。计算针对两种施工方法的地层周边位移、应力、初期支护和临时支护结构的弯距和轴力进行了对比分析，并通过分析对两种施工方法进行了比选。
２．１计算参数计算所采用的物理力学参数具体见表１所示。
表１围岩及材料物理力学参数
２．２计算模型分析采用ＭＩＤＡＳ－ＧＴＳ二维平面应变弹塑性非线性方法进行计算，隧道埋深Ｄ＝１９０ｍ。在充分考虑隧道附近地质环境的基础上，尽量减少所谓的“边界效应”的前提下，计算模型选取两侧
边界至隧道中心线距离为５０ｍ，底部边界至隧道轨顶距离为４５ｍ，
上部与隧道顶面距离取６０ｍ，
其余地层以均布荷载（土体自重）的方式加在模型的上边界上。侧面边界为水平位移约束，底面边界为竖向位移约束。模型上部边界为自由边界，不受任何约束。有限元分析计算模型
如图１所示。该模型的计算只考虑在原始地层条件下，
开挖之后施作初期支护的情况（锚喷混凝土）。初期支护采用Ｃ２５混凝土，厚３０ｃｍ。喷
砼采用梁单元进行模拟。计算过程荷载释放７０％时施作支护，
仰拱施作在荷载释放８０％以后。
图１计算模型
３．计算结果及分析
３．１三台阶法施工计算结果
３．１．１围岩变形隧道施工结束后围岩水平变形见图２，围岩竖向变形见图３。
从变形图可以看出，隧道在开挖过程中，由于围岩岩性较差，总的
拱顶最大下沉为４．６ｃｍ，
而仰拱处的围岩向上的隆起也有４．０ｃｍ左右，两侧边墙的水平收敛在９．５ｃｍ左右。隧道周围的围岩总的移动趋势：拱顶下沉、两侧边墙张开、而仰拱向上移动。
３．１．２围岩应力隧道施工结束后围岩第一主应力见图４，围岩第三主应力见图５。
从地层应力云图可以看出，隧道在开挖过程中，由于围岩岩性较差，在隧道周边产生了较大的应力，最大压应力达到了４．０８ＭＰａ，但是并没有出现拉应力。
３．１．３支护内力隧道施工结束后支护结构的弯距和轴力见图６和图７所示。
从施工结束后支护结构的内力图可以看出，施工结束后支护结构弯矩在墙脚处较大，最大值为２６２ｋＮ?ｍ，支护结构的轴力均较大，最大值为４０５６ｋＮ。
３．２ＣＲＤ法施工计算结果
３．２．１围岩变形隧道施工结束后围岩水平变形见图８，围岩竖向变形见图９。
材料Ｅ／ＧＰａμφＣ／ｋＰａγ／（ｋＮ．ｍ－３）
断层破碎带０．９０．３７２０１００１７临时支撑２５０．２６０１３００２５初期支护
２５
０．２
６０
１３００
２５
分水关隧道Ｆ１断层破碎带施工方法比选
刘晓宝
（中铁十五局集团第四工程有限公司河南
郑州
４５０００３）
【摘要】根据分水关隧道Ｆ１断层破碎带的工程特点，分别采用ＣＲＤ法和三台阶法时所产生的不同施工效应进行了对比分析，同时结合工程造价、施工组织难易程度以及施工速度等因素，对本隧道合理的施工方法进行了充分论证和优选，以确保隧道施工安全和洞室稳定。
【关键词】断层破碎带；超前地质预报；计算模拟
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（上接第４６０页）由于该路段穿越平原稻田区，土源较缺，因此只
能用砂或远运土作为填料。路堤的压实视材料而确定。在摊铺过程中注意均匀性，避免集中出现粗块区和细块区，影响路基的密度和强度。
路堤填筑压实的具体做法是，对于最大粒径不超过４ｃｍ或大于４ｃｍ的含量不超过３０％的碎石土，其压实度采用重型压实试验法求得的最大干密度的压实度，填方路基路槽底面以下。０－８０ｃｍ≥９５％，８０－１５０ｃｍ≥９３％，１５０ｃｍ以下≥９０％。对于粒径大于４ｃｍ的含量在３０％以上的碎石土，采用固体体积率控制压实密度，填方路基０－８０ｃｍ范围
内填料的固体体积率≥８７％，
８０ｃｍ以下≥８５％。５．结语
真空－堆载联合预压法是在真空预压和堆载预压基础上发展起来
的一种软基处理方法，该方法利用抽真空使加固区内形成负压区，这不仅可以加快固结沉降速度，而且较好的解决了填筑路堤过程中的稳
定性问题，缩短了填筑路堤的施工工期。它具有真空预压和堆载预压
的双重效果，适用于设计荷载大，承载力要求高的工程。是一种在高速公路工程中值得推广的软基处理方法。【参考文献】
［１］黄文熙等，土的工程性质，北京，水利电力出版社，１９８３．
［２］叶观宝，地基加固新技术（第二版），机械工业出版社，２００２．３．［３］叶观宝，赵建忠，徐超，高彦斌，白航．高速公路软基联合处理方法的初步研究，地基处理，第１４卷第２期，２００３．６．
［责任编辑：韩铭］
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科
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科从变形图可以看出，隧道在开挖过程中，由于围岩岩性较差，总的
拱顶最大下沉为４．８ｃｍ，而仰拱处的围岩向上的隆起也有４．４ｃｍ左右，
两侧边墙的水平收敛在８．３ｃｍ左右。隧道周围的围岩总的移动趋势：
拱顶下沉、两侧边墙张开、而仰拱向上移动。
３．２．２围岩应力隧道施工结束后围岩第一主应力见图１０，围岩
第三主应力见图１１。
从地层应力云图可以看出，隧道在开挖过程中，由于围岩岩性较差，在隧道周边产生了较大的应力，最大压应力达到了４．２８ＭＰａ，
但是并没有出现拉应力。３．２．３支护内力隧道施工结束后拆除临时支撑前支护结构的弯
距和轴力见图１２和图１３所示，拆除临时支撑后支护结构的弯距和轴力见图１４和图１５所示。
从施工结束后支护结构的内力图可以看出，施工结束后支护结构在临时支撑与初期支护的交接处出现了很大的应力集中，弯矩最大值
为４９８ｋＮ
?ｍ，支护结构的轴力均较大，最大值为５４５０ｋＮ。通过对三台阶和ＣＲＤ法两种施工过程的模拟，两种施工方法产生的变形和地层应力都相对较小。从两种施工方法施工结束后，支护结构的安全系数来看，三台阶法和ＣＲＤ法都相差不大。
４．分水关隧道断层破碎带ＣＲＤ法和台阶法的综合比选
针对于本工程断层破碎带围岩的特点以及上面的计算，ＣＲＤ和三台阶法地层变形相差不大，但三台阶法支护结构应力集中现象明显减弱，支护结构受力相对合理。同时，两种工法开挖过程中围岩屈服程
度均不明显，洞室稳定程度相差不大。因此，从施工效应角度出发，上
述两种施工方法均能确保隧道施工过程中洞室的稳定和结构的安全。
但由于ＣＲＤ法施工时大、中型设备的效率大幅度降低甚至不可
使用，空间狭小容易发生机械事故和机械伤害事故。多工作面近距离
的爆破作业相互干扰严重，需彼此协调，不仅严重降低工效，而且存在
施工人员安全隐患，飞石和冲击波的作用，临时中壁被破坏的风险很大，易引起围岩失稳并危及施工安全。在荷载转换及其支护结构受荷
不均匀、不对称时，支护结构承受集中荷载（应力集中）的风险增大，易引起支护结构系统率先在最不利处崩溃。而且ＣＲＤ法管理要点多、
工艺和作业复杂，各工作面之间相互影响明显，管理难度大，造价高，进度慢。相比之下，台阶法施工具有工法灵活、便于组织、开挖空间大利于机械化施工、支护结构受力均匀等特点。
所以，对于分水关隧道Ｆ１断层破碎带采用台阶法施工较为合理。但需要注意的是，在断层破碎带软弱围岩中采用三台阶法施工时，需根据实际情况选择系列配套辅助措施加强，如超前小导管注浆、加长
锚杆、
加强支护等，并严格遵循“短进尺、弱爆破、早封闭、勤量测”的施工原则，及时根据量测信息设计施工参数。【参考文献】［１］朱永全，宋玉香．《隧道工程》［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００５．［２］赵甫，肖书安，刘志刚．《ＴＳＰ超前地质预报系统在隧道工程中的应用》［Ｊ］．北京：铁道建筑技术，２００３，（５）：１８－２２．［３］李世烽．《隧道围岩稳定系统分析》［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９２．［４］关宝树主编．《隧道工程施工要点集》［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００３．
［责任编辑：翟成梁］
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