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申请/专利权人：中铁十六局集团第三工程有限公司;中铁十六局集团有限公司

摘要：本发明涉及隧道施工技术领域，具体地说是一种超大跨度隧道双侧壁导坑优化方法，本发明通过对双侧壁导坑尺寸和开挖步距进行优化设计，结合实际的爆破施工步骤的改进优化，并结合实际操作施工效果评估，实现了左、右两侧侧壁导坑上下台阶步距大大增加，保证湿喷机械手和初喷料罐车的作业空间。同时拱顶沉降及两侧收敛位移相对原方案分别大幅度减小，得到的围岩位移及初支结构内力极值都不大，处于合理范围内，在满足机械化施工要求的同时，也能够较好地控制围岩变形及结构受力。爆破作用下双侧壁段钢架和混凝土的安全系数满足结构安全度要求和《公路隧道设计细则》规范安全系数要求。

主权项：1.一种超大跨度隧道双侧壁导坑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：双侧壁导坑尺寸调整优化分析：S1，数值模型设计：S1-1，选取隧道左线出口V级围岩浅埋段，根据模拟分析需求，考虑左右导坑前后距离、侧导坑台阶步距、侧导坑相对主洞的超前距离以及主洞台阶步距因素，以模拟一个完整的开挖循环施工长度为基准，确定建模范围；S1-2，对数值模型进行简化，用以突出对优化前后的围岩变形及初支受力进行分析：S1-2-1，忽略明洞段的影响，对明洞段坡体进行加固防护；S1-2-2，不考虑洞门自身的失稳破坏下，对洞门设置法向约束；S1-2-3，初支系统锚杆，用于加固破碎围岩，在模型中通过提高系统锚杆作用范围内围岩的强度参数来模拟锚杆加固作用；S1-2-4，采用连续的板单元模拟实际厚度的C25初支，板结果内力可用于钢拱架内力校验；S1-2-5，对端头最后一环初支进行加强，刚度提升到2倍，用于提供良好的端头支护效应；S1-2-6，对三维实体模型的网格划分采用10节点高阶四面体单元，在结构附近加密网格，共划分53051个实体单元，73678个节点；S1-3，设置模型参数：岩土体假定为弹塑性材料，碎块状强风化花岗岩采用小应变土体硬化模型HSS模拟，中风化花岗岩采用常用的莫尔-库仑模型MC模拟；初支C25喷混及导坑临时支撑均视为线弹性材料，且初支喷混与围岩不设置接触面；S1-4，根据隧道V级围岩浅埋段双侧壁导坑法施工方案调整前后的导坑尺寸，模拟一个开挖循环施工过程，对比分析施工方案调整导坑尺寸前后的围岩变形及初支结构受力变形情况，保持开挖顺序不变与原方案相同，论证尺寸调整优化方案的合理性；双侧壁导坑开挖步距调整优化分析：S2，数值模型设计：S2-1，根据隧道V级围岩浅埋段双侧壁导坑法施工方案调整前后的导坑尺寸和施工工序，模拟一个开挖循环施工过程，对比分析施工方案调整前后的围岩变形及初支结构受力变形情况，论证优化方案的合理；S2-2，围岩变形分析：S2-3，初期支护位移及内力分析：S2-4，对比分析施工方案调整前后的拱顶沉降、两侧收敛位移、初支轴力、初支剪力和隧道弯矩数据，论证优化方案的合理性；针对双侧壁的导坑尺寸与步距调整的优化方案的控制爆破：S3，爆破参数设计：S3-1，孔网参数的选择：S3-1-1，炮孔直径和设计进尺；S3-1-2，炮孔数目的确定：计算炮孔数目；考虑到短进尺、光面爆破和多钻孔、少装药的施工方法，每一掘进循环炮孔数适当增加，具体数字根据试爆和现场情况确定；S3-1-3，炮孔布置：选用中心掏槽、周边辅助的方式进行爆破施工，分7个区域交叉掘进爆破施工；其中掏槽炮孔分为掏槽孔、扩槽孔，中心掏槽形式选用二级复式楔形掏槽孔；S3-2，爆破单耗的选择：考虑多打孔、短进尺、弱爆破，平均炸药单耗取q＝0.7～1.5㎏m3；S3-3，装药量计算：隧道掘进每循环进尺所需用总药量计算公式为：Q＝q·S·L·η，需掏槽区炸药单耗q＝1.4Kgm3，中部台阶区域炸药单耗q＝0.7Kgm3；炮眼的平均深度取L＝0.7m，中部台阶区域L＝1.2m；炮孔利用率取η＝80％，计算如下：Q左上＝1.4×49.6×0.7×80％＝38.9kg；Q左下＝1.4×41.0×0.7×80％＝32.1kg；Q右上＝1.4×45.4×0.7×80％＝35.6kg；Q右下＝1.4×37.8×0.7×80％＝29.6kg；Q中上＝1.4×24.2×0.7×80％＝19.0kg；Q中中＝0.7×14.6×1.2×80％＝9.8kg；Q中下＝0.7×19.6×1.2×80％＝13.2kg；隧道爆破装药量需根据不同部位炮孔所起的不同作用进行合理分配，施工中需结合试爆和实际情况适当调整各炮孔单孔装药量和总装药量；S3-4，装药、填塞和起爆网路：爆破掏槽孔、辅助孔采用连续耦合装药结构；工程爆破网路采用非电导爆管微差起爆网路，需精细分段爆破时采用工业电子雷管；起爆顺序依次分为掏槽孔、扩槽孔、辅助孔、周边孔；辅助孔由内向外逐排起爆；采用孔内延期起爆网路，孔内延期起爆网路连接一般选用簇联起爆网路进行连接；对震动有严格要求的区域采取工业电子雷管，各联结点必须连接完好，爆破联线必须由有经验的爆破员或爆破技术人员进行；延期时间应合理，不能造成叠段或者跳段现象；S4，爆破控制数值模拟分析：S4-1，数值模型设计：选用中心掏槽、周边辅助的方式进行爆破施工，掏槽区域炮孔深度L＝0.7m，掏槽孔12个，设计齐爆药量4.7kg；爆破分析模型建立数值模型根据以下依据进行：S4-1-1，岩土体假定为弹塑性材料，碎块状强风化花岗岩采用小应变土体硬化模型HSS模拟，中风化花岗岩采用常用的莫尔-库仑模型MC模拟；初支C25喷混及导坑临时支撑均视为线弹性材料，且初支喷混与围岩不设置接触面；S4-1-2，将掏槽眼炸药区域范围内的围岩假定挖出；S4-1-3，爆破荷载简化为具有线性上升段和下降段的三角形荷载；S4-1-4，为了提升分析效率，各台阶开挖步距进行简化，用于减少了围岩应力释放系数；S4-1-5，动力边界条件，假定模型均为能量吸收边界；S4-2，数值分析结果：S4-2-1，按照导坑开挖顺序，分别输出各导坑掏槽孔爆破时，初支结构通过最近位移点时程曲线找到最不利时刻的位移，用于找到对初支结构最不利的导坑爆破工况；S4-2-2，输出关键剖面的位移矢量图进行初期支护变形影响分析；S4-2-3，输出关键剖面弯矩和轴力图进行初期支护内力影响分析；双侧壁导坑尺寸与步距优化实施效果：S5-1，隧道出口左线Ⅴ级围岩段采用改进的双侧壁导坑法进行总体施工；S5-2，监测数据：在围岩段布置2个监测断面，每个断面共布置13个地表沉降观测点，隧道正上方以4m为间距布置，其余间距为8m；其中拱顶测点分为左、中、右三个方向；S5-3，监测数据分析：S5-3-1，通过累计变化值-时间曲线监测地表沉降变化；S5-3-2，通过左线拱顶下沉累计变化监测拱顶下沉；S5-3-3，通过隧道左线净空收敛累积变化监测净空收敛。

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