某淺埋大跨隧道小凈距段中隔墻厚度優化研究

李光凱，于濤源，王春光，于亮

（煙臺市公路管理局，山東 煙臺 264000）

1 概 述

由于受地形、地質條件限制以及隧道分建帶來的展線困難與占地多等因素影響，在城市隧道工程建設中越來越多地選擇小凈距隧道的結構形式。小凈距隧道相對于連拱隧道，施工工藝簡單、工程造價節省；相對于普通分離式隧道，可增加路線布線的自由度、減小分離式路基的規模、減少隧道洞口的開挖工程量及有利于環保。因此，小凈距隧道對提高交通運輸效率、保護與利用自然環境、加快經濟建設發展等均有重大的現實意義。小凈距隧道是繼分離式隧道、連拱隧道后出現的一種適應性較強的新型隧道形式,我國已有一定的成功經驗，表現出其良好的安全、經濟和實用性。根據國內外成果，確定小凈距隧道最小安全凈距的基本原則為：在特定地形及埋深條件下、特定的圍巖地質條件下、特定的隧道最大開挖寬度、特定的施工方案和特定的支護襯砌型式下，中隔墻不采取額外加固措施，中隔墻的位移和主應力不發生顯著變化。提出位移和主應力不發生顯著變化的原則是基于以下認識：當左右隧道凈距較大，兩隧道基本沒有相互影響或影響不大，圍巖處于彈性應力狀態時，應力和變形隨隧道凈距近似呈直線變化；隨著左右隧道凈距的減小，應力場和位移場在中間區域發生疊加，圍巖出現部分塑性區，這時圍巖處于彈塑性狀態，應力和位移隨凈距的變化呈現非線性的關系；當凈距減小到一定程度，圍巖出現大范圍的塑性變形導致破壞，這時應力和變形隨凈距的減小顯著增大，表明圍巖喪失了穩定。因此把應力和位移發生突變以前的凈距作為小凈距隧道的最小安全凈距。基于上述思想，本文利用數值分析軟件選取煙臺市五卒山隧道淺埋大跨小凈距段進行數值建模分析，優化中隔墻的厚度指導施工[1-6]。

2 數值建模及參數分析

假定隧道為無限長，隧道開挖變形為平面應變問題，左邊界取60 m；右邊界取70m；上邊界到地表面；下邊界-55m，隧道開挖跨度為17.52m，根據經驗分別取1.0B(17.52m)、0.75B(13.14m)、0.6B(10.51m)、0.5B(8.76m)、0.4B(7.00m)、0.3B(5.27m)、0.2B(3.50m)(B為隧道的開挖跨度)共計7種凈距大小，對隧道施工過程進行施工力學計算分析。以0.75B凈距為例，模型節點數為8958，單元數為4356，（如圖1）。隧道開挖斷面為馬蹄形隧道，根據施工組織設計，利用CRD法開挖（如圖2）；采取帷幕注漿+工字鋼+噴射鋼筋混凝土作為初期支護，工字鋼+噴射混凝土作為臨時支護，巖體物理力學參數（見表1）。

圖1 有限差分網格

圖2 開挖步序圖

3 數值模擬結果分析

通過數值模擬，得到不同凈距下中隔墻內各監測點處的最大主應力和合位移變化曲線（如圖3-圖6）。

圖3 不同凈距時中隔墻各監測點最大主應力變化曲線

圖4 不同凈距時中隔墻各監測點最小主應力變化曲線

由圖3-圖6可以看出，最大主應力在D=0.3B和D=0.5B的時候出現了兩次明顯的突變，最小主應力在D=0.5B時出現突變，合位移在D=0.3B和D=0.5B時發生突變，由合位移圖可以看出，當D=0.3B時，中隔墻和隧道邊墻大部分部位產生>15cm的位移，此時中隔墻已經全部進入拉破壞狀態，圍巖已經失去了承重能力，隧道處于不穩定狀態，不能保證隧道的安全建設。

巖體加固前后的物理力學參數 表1

4 結 論

圖5 不同凈距時中隔墻各監測點合位移變化曲線

圖6 不同凈距時隧道邊墻監測點合位移變化曲線

在采取帷幕注漿+工字鋼+噴射鋼筋混凝土作為初期支護，工字鋼+噴射混凝土作為臨時支護，利用CRD工法開挖的條件下，當凈距D>0.5B時，中隔墻不會出現最大主應力、最小主應力以及位移的集中；當D<0.5B時，中隔墻會出現最大主應力、最小主應力以及位移的集中。根據應力和位移發生突變以前的凈距作為小凈距隧道的最小安全凈距的原則，取凈距D=0.6B，即10.51m。

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