大跨度小凈距偏壓隧道“一明一暗”進(jìn)洞開挖順序比選

摘? ? 要：大跨度、小凈距、偏壓隧道空間受力復(fù)雜，“一明一暗”近距離雙線隧道布置形式更具施工難度，合理的施工開挖順序?qū)ο刃信c后行隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性有較大的影響，成為關(guān)系到整個(gè)建設(shè)工程成敗的關(guān)鍵因素。本文以實(shí)際工程為依托，采用Midas-GTS NX有限元軟件對(duì)隧道進(jìn)洞開挖順序進(jìn)行三維數(shù)值模擬，研究開挖過程引起的地層位移及相鄰隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)位移和受力變化情況，最終得出最優(yōu)施工方案，對(duì)類似的大跨度、小凈距、偏壓隧道施工提供重要的實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大跨度;小凈距;偏壓隧道;一明一暗;開挖順序

1? 引言

大跨度、小凈距隧道隧道開挖斷面面積大，雙洞施工過程中對(duì)彼此的影響較大，當(dāng)遇到偏壓地形條件時(shí)，此類隧道的受力狀態(tài)變得更加復(fù)雜。因此，充分研究大跨度、小凈距隧道在受到偏壓荷載作用的條件下的受力及變形狀態(tài)，并在隧道施工開挖過程中采用合理的施工工法和施工先后順序?qū)Υ祟愃淼赖慕ㄔO(shè)有著重要的實(shí)踐意義。

2? 工程概況

本文依托工程為大連市光明路延伸工程—隧道暗挖土建工程隧道南洞口段，該段受偏壓地形條件限制，隧道南洞口東、西線平面上按“一明一暗”小凈距布置，隧道穿越地層主要為中風(fēng)化白云巖，圍巖較破碎。該段新建的隧道東、西線均為四車道，暗挖西線采用復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)襯砌，并行的東線明挖結(jié)構(gòu)采用模筑混凝土襯砌，雙洞結(jié)構(gòu)最小凈距離10.5m。根據(jù)東、西線隧道“一明一暗”小凈距布置的實(shí)際條件，隧道采用先暗還是先明進(jìn)洞開挖是施工過程需要解決的關(guān)鍵性問題。設(shè)計(jì)中充分考慮西線暗挖隧道圍巖穩(wěn)定及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，東線明洞先行開挖可能造成西線暗挖隧道開挖期間處于更加不利的偏壓受力條件，為減小西線暗挖隧道施工期間受地形偏壓的影響，東、西線施工順序按西線暗挖隧道先行施工，待隧道模筑混凝土襯砌施工結(jié)束后，再進(jìn)行東線隧道明洞基坑工程施工。

3? 計(jì)算模型及參數(shù)選取

計(jì)算中巖土體本構(gòu)模型采用莫爾—庫倫（Mohr-Coulomb）彈塑性模型，初期支護(hù)為二維板單元，二次襯砌為三維實(shí)體平面單元。整體計(jì)算模型如圖1所示。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告選取地層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

參照規(guī)范要求選取支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

4? 計(jì)算結(jié)果分析

4.1? 圍巖的位移分析

圖2為施工結(jié)束后西線隧道剖切面上整體位移云圖，圖3為監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移曲線。從位移曲線中可看出，西線隧道開挖施工期間（曲線橫軸1～85步）引起支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂A點(diǎn)及上方地表B點(diǎn)發(fā)生位移分別為5.65mm和4.96mm，東線明洞施工結(jié)束后監(jiān)測(cè)點(diǎn)A及監(jiān)測(cè)點(diǎn)B位移分別為6.2mm和5.81mm，東線明洞基坑及結(jié)構(gòu)施工過程引起西線監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移為0.55mm和0.85mm。位移分析結(jié)果表明，東、西線施工順序按西線暗挖隧道先行施工方案，東線施工期間引起西線隧道的結(jié)構(gòu)及圍巖豎向位移較小，只要西線隧道施工期間應(yīng)及時(shí)完成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，盡早完成鋼筋混凝土模筑襯砌，可以保證隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

4.2? 襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響分析

東線明洞基坑開挖前西線襯砌最大壓應(yīng)力0.25MPa，東線明洞結(jié)構(gòu)施工完成后，西線襯砌最大主應(yīng)力0.41MPa，施工前后最大主應(yīng)力水平遠(yuǎn)小于混凝土容許應(yīng)力，東線施工引起西線襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性造成影響。圖4為東線明洞結(jié)構(gòu)施工完成后西線襯砌結(jié)構(gòu)最大主應(yīng)力云圖。

5? 結(jié)論

通過對(duì)大跨度、小凈距淺埋偏壓雙線隧道“一明一暗”布置形式的進(jìn)洞開挖順序模擬分析，研究過程中后行明洞施工引起的后行暗挖隧道圍巖位移場(chǎng)變化、支護(hù)結(jié)構(gòu)位移變化及模筑襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，經(jīng)過計(jì)算結(jié)果分析討論，說明在小凈距、偏壓條件下，采用先暗挖后明挖的方案較合理，施工過程中應(yīng)做好先行隧道的支護(hù)及監(jiān)控量測(cè)工作，嚴(yán)格按照監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)后行明挖隧道的施工。

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作者簡(jiǎn)介：

劉寶超（1987—）男，工學(xué)碩士，現(xiàn)在大連市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司主要從事隧道及地下巖土工程方面的研究和設(shè)計(jì)工作。