施工方法對城市軟弱淺埋隧道的穩定性影響

摘要：本文依據某隧道工程為載體，采用數值模擬的方法研究了不同施工方法對城市軟弱淺埋隧道圍巖穩定性的影響。結果表明：采用CD法施工時水平收斂位移值和初期支護內力值明顯比CRD法大；臨時支撐的拆除時機對隧道的穩定性影響很大，采用CRD法施工時更為突出。本文研究結果對隧道施工具有一定的指導價值，且對以后類似工程具有一定的實際參考價值。

關鍵詞：軟弱淺埋隧道 施工方法 拆除時機 數值模擬

1、引言

淺埋隧道由于其埋深較淺，隧道上覆巖土多為風化破碎，普遍存在圍巖受力條件復雜，圍巖和支護結構應力分布及變形情況復雜，淺埋隧道施工過程中圍巖應力分布，導致襯砌結構受力狀況更加復雜，不但在設計中存在著諸多困難，同時也增加了隧道施工過程中變形和穩定控制的難度，稍有不慎，就會造成塌方等安全事故發生[1-2]，因此國內外近幾年對淺埋隧道的研究越來越多[3~8]。本文主要對城市軌道交通建設中常遇到的軟弱淺埋隧道進行相關數值模擬研究。

2、計算模型

2.1 計算斷面及參數的選取

本文選取典型斷面CK11+180對該隧道穩定性進行分析。斷面尺寸布置如圖1所示，計算所選用的參數如表1所示，有限元模型見圖2~4。

圖1圍巖襯砌的設計斷面

圖2 二維整體有限元模型

表 1隧道圍巖及支護參數表

材料類型彈性模量

E/MPa泊松比

v粘聚力

C/MPa內摩擦角

φ/(°)密度

ρ/（g/cm3）

Ⅴ級圍巖2000.450.05201.9

初期支護295000.22.5

臨時支護295000.22.5

錨桿加固區2500.450.05201.9

圖3 CD施工時初期支護及臨時單元

圖4 CRD施工時初期支護及臨時單元

2.2 計算結果分析

限于篇幅優先本文只貼處拆除臨時支護后的圍巖位移圖（圖5~8）和初期支護內力圖（圖9~12）。

圖5 CD法拆除支撐后圍巖水平位移

圖6 CD法拆除支撐后圍巖豎向位移

圖7 CRD法 拆除支撐后圍巖水平位移

圖8 CRD法拆除支撐后圍巖豎向位移

圖9 CD法拆除支撐后支護彎矩圖

圖10 CD法拆除支撐后支護軸力圖

圖11 CRD法拆除支撐后支護彎矩圖

圖12 CRD法拆除支撐后支護軸力圖

根據計算結果，對兩種施工方法在開挖完成拆除支撐前和拆除支撐后的最終結果進行對比。結果見表2。

表2 兩種施工方法結果對比

施工方法

項目CD法施工CRD法施工

拆除支撐前拆除支撐后拆除支撐前拆除支撐后

最大水平收斂

(mm)7.57.35.36.9

拱頂最大沉降

(mm)2.12.21.92.0

拱底最大隆起

(mm)11.312.310.412.2

支護最大彎矩

(KN×m)205.73212.64127.22176.78

最大軸力

(KN)823.39855.42488.37630.58

3、結論

1、拆除支撐前CD法施工最大水平收斂位移值比CRD法施工大29.3%，在拆除支撐后CD法施工最大水平收斂位移值比CRD法施工大5.5%。

2、采用CD法施工隧道時支護結構所受內力明顯比CRD法大的多，且拆除支撐對CRD法影響較大，因此建議采用CRD法施工，但要注意臨時支護的拆除時機。

3、拆除支撐前CD法施工拱底最大隆起值比CRD法施工大8%，拆除支撐后兩種施工方法拱底最大隆起值基本一致。

參考文獻

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