隧道斜交橫通道施工對主隧道襯砌結構的影響

李 野

(中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

隧道斜交橫通道施工對主隧道襯砌結構的影響

李 野

(中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

以某隧道工程斜交橫通道的施工為例，分析對主隧道襯砌結構產生的影響，得出主隧道襯砌結構具體的變化規律，并采取有效的措施提高隧道工程的施工質量，保證施工人員的安全。

隧道工程；斜交橫通道施工；襯砌結構；襯砌變形

1 工程概況

某公路隧道原本為分離式雙向四車道隧道，分離距離超過50 m，隧道全線超過2 km，為了保證隧道內車輛通行的安全性，所以需要設置多條橫通道，橫通道與主隧道斜交角度超過60°，交叉的高度范圍可以達到8 m，原本的主隧道穿越土層為黃土土層，所以橫通道的施工區域附近有很多的裂縫。新建的斜交橫通道內部設置有緊急停車位置、以及人工通行位置。在對斜交橫通道進行開挖施工時，為了避免主隧道的結構受力受到改變，可以采取邊施工、邊支護的施工方式，對部分開挖完成的隧道進行初步的支護。最后全部施工完成后，進行砌襯施工。第二種方法是隧道開挖完成后便進行襯砌，最后再對橫向隧道進行挖掘。邊開挖、邊施工的方式可以讓隧道襯砌的穩定性更高，減少橫通道挖掘時的襯砌變形。如果隧道工程施工區域的地質條件比較差，可以在全部襯砌完成后再進行斜交橫通道的施工，但是這種施工方式使已經施工完的主隧道襯砌結構造成影響。

2 主隧道襯砌結構的監測

2.1 隧道襯砌結構的受力監測

在原本主隧道的襯砌結構中埋設探測監控元件，對襯砌結構的受力情況進行監測，分析其具體的變形狀況。受力檢測的具體項目是對隧道襯砌結構支護初期，對產生的支護壓力進行分析，檢測是否出現鋼筋混凝土的應力變化，隧道襯砌結構的拱頂是否有下沉的現象。在主隧道的拱頂、兩側邊墻、隧道的拱腳和仰拱部位安裝監測儀器，對襯砌結構的力學狀態進行監測，并在隧道的拱頂粘貼反光貼膜，利用全站儀監測拱頂的下沉情況。

2.2 主隧道襯砌結構的模擬分析

(1)隧道初始應力情況模擬

斜交橫通道是在主隧道全部完成后才進行施工的，所以在橫通道施工時，主隧道的支護工程已經處于基本穩定的狀態，而且具備支護工程，所以襯砌結構基本不會受到太大的力量，所以主隧道的初始應力狀況，襯砌是屬于不受力的狀態。

(2)三維模型的建立

根據隧道工程的實際情況，確定模型建立的基本范圍，模型的左右邊界要超過隧道開挖寬度的三倍以上，并把Z軸上的邊界直接延伸到地表，Y軸的方向按隧道路段的方向進行延伸。隧道工程三維模型的建立截取隧道一部分距離，保證橫通道和主隧道連接的斜交角度。因為主隧道和橫通道為噴射混凝土，主隧道襯砌結構為混凝土結構，所以三維模型中要將兩者區別開來，并把圍巖結構用實體單元標注出來。隧道的初始荷載為工程自重荷載，重力方向沿Z軸垂直向下。

(3)模型計算參數

模型的計算參數以隧道工程的地質勘測資料為準，斜交橫通道與主隧道連接處的圍巖材質為粘土，圍巖等級為四級，根據以往的工程施工經驗，對圍巖的參數進行估算。主隧道工程的初期支護材料為鋼拱，襯砌中存在鋼筋，按照等效原理將初支參數折算到支護體系中。

3 隧道斜交橫通道施工對主隧道襯砌結構的影響

3.1 主隧道的襯砌結構的變形規律

在橫通道施工完成后將初期支護拆除，這時的主隧道襯砌結構會受到豎直方向的壓力，主隧道的襯砌結構下方會出現隆起的現象，結構上方會出現細微的下沉，襯砌結構在水平方向上也會想著隧道的凈空區輕微位移。這種變形結果表明了斜交橫通道的施工會使主隧道襯砌結構產生變形，支護結構拆除后進行橫通道的施工會使主隧道襯砌結構變形加劇，這種變形會隨著斜交橫通道開挖的深度加大而逐漸減小。主隧道襯砌的拱頂位置以及連接處角度小的位置變形情況明顯比另一側監測點的變形情況嚴重。這說明了主隧道襯砌變形在連接處并不是對稱的，在連接角度比較小的一些，變形情況較為嚴重；橫通道施工過程中對主隧道襯砌結構的變形影響比較大，橫通道施工初期變形影響最為嚴重，但是隨著橫通道施工進度的進展，變形影響逐漸降低。如圖1 所示。

圖1 主隧道襯砌結構累計變形與橫通道開挖距離的關系

3.2 主隧道襯砌結構的應力分析

斜交橫通道的施工不僅影響了原本主隧道的成拱，還使隧道交接口出現應力集中的現象。應力集中主要沿著主隧道的軸向分布，集中范圍主要在隧道交接處角度較小的一側和交接口的上下兩端。在斜交橫通道施工的過程中對施工斷面進行應力監測，監測出的應力結果為鋼筋應力與混凝土應力的和。監測結果反應出橫通道在開挖一段距離之后對整個主隧道襯砌結構的影響逐漸平緩，并在應力穩定之后，具體的應力數值可以作為整個隧道截面的安全系數。對襯砌各點的安全系數進行檢測，各個點位的安全系數全部超過原本結構的安全系數，并且連接處角度較大的一側安全系數明顯高于角度較小的一側。如圖2所示。

圖2 主隧道襯砌結構應力效果圖

3.3 主隧道襯砌結構凈空區域的收斂

在斜交橫通道施工之前，主隧道襯砌結構的邊墻部位向著凈空區收斂，但是在橫通道開始施工后，拆除了連接口的初期支護，凈空區出現較大的外擴變形。隨著橫通道開挖深度的加深，凈空區域的收斂趨勢逐漸變緩，這表明了橫通道的施工會使主隧道圍巖的受力情況發生改變，并造成圍巖的變形。通過三維模型的模擬數值對比，發現主隧道圍巖的變形也是在隧道連接處角度較小的一側比較明顯。

3.4 主隧道襯砌結構的裂縫危害

在斜交橫通道施工時，主隧道襯砌結構的仰拱會出現較大的應力變化，并且這種應力變換并沒有減弱的趨勢，隨著應力的逐漸加大， 會導致主隧道襯砌結構的仰拱、拱頂等出現裂縫現象，這種裂縫現象對原本的受力結構造成了破壞，使主隧道的安全性受到了影響。

4 結 論

橫通道的施工會使主隧道的襯砌結構出現裂縫，裂縫主要集中在拱頂、仰拱和拱腰部位，因為這幾個部位的應力變化都比較大，所以在對類似隧道工程進行施工時，要加強對橫通道連接處拱頂、仰拱、拱腰處的質量控制，對已經產生裂縫的位置及時的進行修補。

[1] 羅彥斌,陳建勛,王夢恕. 隧道斜交橫通道施工對主隧道襯砌結構的影響研究[J]. 巖石力學與工程學報,2010,(S2):3792-3798.

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[3] 李科,胡學兵,郭軍. 新建車行橫通道對既有隧道結構的影響研究[J]. 公路隧道,2014,(4):1-5.

[4] 李玉峰,彭立敏,雷明鋒. 交叉隧道工程設計施工技術研究進展[J].鐵道科學與工程學報,2014,(1):67-73.

Discussion on the influence that tunnel’s oblique cross channel has on the main tunnel’s lining structure

LI Ye

(China Railway 19th Bureau Group 2nd Co., Ltd.,Liaoyang,Liaoning 111000,China)

Take a construction of a tunnel’s oblique cross channel as the example, and analyze the influence to main tunnel’s lining structure, get the changing law of main tunnel’s lining structure, and take effective measures to improve the quality of tunnel construction to make sure the safety to staff.

tunnel engineering; oblique cross channel construction; lining structure; lining deformation

2015-11-02

李野(1982-)，遼寧丹東人，助理工程師，研究方向：隧道施工。

U455

C

1008-3383(2016)02-0106-02