雙洞小凈距隧道施工方法的研究

席書霞

摘要： 考慮到雙洞小凈距隧道的不同施工方法對隧道圍巖穩定性的影響，通過建立了有限元分析模型，針對某開挖間距進行了分析，通過分析某拱頂下沉得出了在Ⅳ類圍巖條件下，兩隧道的開挖間距宜為30米左右。

Abstract： Considering the influence of different construction methods on the stability of tunnel surrounding rock， a finite element analysis model is established to analyze the distance between a tunnel. By analyzing a crown settlement， it is concluded that under the condition of Ⅳ surrounding rock， the excavation interval between the two tunnels should be 30 meters.

關鍵詞： 小凈距隧道；施工方法；數值模擬

Key words： small distance tunnel；construction method；numerical simulation

中圖分類號：U459.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）08-0156-02

0 引言

隨著社會的發展，交通形勢越來越豐富，變化最大的莫過于山區的交通，公路的出現，以及穿山的隧道的出現，大大解決了人們的出行難題。在一些地區，由于地形的特殊性，一般的雙洞隧道形式不滿足地形條件，所以為了滿足地形的要求，就需要將兩隧道的中夾圍巖大大縮小，當小于規范規定值時，稱之為小凈距隧道。小凈距隧道為凈距值小于表1中數值的特殊形式的隧道[1]。

小凈距隧道的施工較普通雙洞隧道的施工較為復雜，但是在一定程度上降低了場地占用，節約了土地資源，也能滿足特殊地形的需求[2]。對于小凈距隧道，劉艷青、鐘世航[3]等依托寧波招寶山隧道工程，對超小凈距并行隧道的施工技術進行了研究，得到了在Ⅲ、Ⅳ級圍巖凈距為 3.5～4.2m 的工況條件下，隧道施工過程中的很多工程參數，這些成果對提高小凈距隧道施工的安全性具有重要的參考價值。李金奎，魏賢科[4]等依據大連地鐵口站站后折返線隧道與高河區間地鐵正線隧道三線并行段，通過有限元模擬不同施工順序，對拱頂沉降、地表沉降和圍巖應力進行分析，得出適合該區間段的開挖順序。吳賁，楊德升[5]等依據依據韓山府三線并行隧道工程，通過模擬掌子面間不同的開挖間距，對豎向位移和、中夾圍巖應力以及地表沉降進行了分析，得出在三級圍巖應力下的掌子面開挖近距宜為2倍洞涇左右。劉偉[6]依托京福高速公路三明——福州段小凈距隧道工程實踐，結合數值模擬、模型試驗，對兩車道小凈距隧道凈距優化進行了較系統的研究，總結分析了小凈距隧道合理凈距的取值原則，同時得出了不同圍巖級別下隧道最小凈距的取值。于小彤[2]依據邢汾高速公路花木溝小凈距隧道工程，通過數值模擬不同的開挖方法和不同的凈距值，得出了適合邢汾高速公路花木溝小凈距隧道施工的合適的開挖方法和合理的凈距值。吳煥通[7]對廣州地鐵 2 號線間距為 0.85m 的小凈距隧道進行了有限元數值模擬分析，模擬了中隔土體注漿與未注漿兩種工況下，采用 5 種不同施工方法進行隧道開挖對圍巖穩定的影響。通過前輩們的研究，對于雙洞的小凈距隧道，在施工方法上我們可以通過選擇先開挖哪個洞使得對另一個洞的影響最小，也可以通過加固中夾圍巖來減小圍巖的變形；同時也可以通過選擇合適的開挖方法相對減小圍巖變形或者通過控制凈距來減小隧道圍巖變形。

隧道工程開挖之前，隧道周圍巖體處于平衡狀態 ，隧道的開挖必然破壞巖體的初始平衡狀態，在一定范圍內引起巖體應力的重分布，使巖體產生變形，如果重分布后巖體應力和變形超過容許范圍，將直接影響到場地的安全[8]。雙洞小凈距隧道先行洞的開挖會使得圍巖的平衡狀態破壞，造成圍巖變形，后行洞的開挖又會使得先行洞圍巖的變形加大，所以，小凈距隧道施工時采取合適的開挖間距會使得變形最小。所以本文的研究是通過模擬左線和右線隧道的前后開挖間距，通過對Ⅳ類圍巖不同開挖間距的模擬和分析得出合適的開挖間距，并且探討合適的開挖間距是否有優化施工作業的作用。

1 雙洞小凈距隧道開挖間距的數值模擬

1.1 模擬區段條件

模擬情況是圍巖等級為Ⅳ類圍巖，洞跨7米，中夾圍巖在2米左右，遠遠小于規范規定值，埋深為22米，模擬時，影響范圍取6D（D為洞跨），測點選取在某一里程段的拱頂處。通過模擬某一測點的拱頂沉降隨開挖間距的變化，找出合適的開挖間距，使得后行洞對先行洞的影響最小。

1.2 不同開挖間距下某測點的拱頂沉降變化

從圖1中可以明顯看到，隧道的變形受開挖間距的影響較大，不同的開挖間距有著不同的不同的變化。

隧道變形基本穩定應符合下列條件：隧道周邊變形速率有明顯減緩趨勢；根據初支極限相對位移確定報警值：拱腳水平相對凈空變化允許值為1%，拱頂相對下沉允許值為0.12%[9]。

從圖中可以得到很多信息，詳細如下：①開挖間距為20米時，曲線未趨于穩定，沉降值在14mm左右，相對拱頂沉降為0.2%，超過允許范圍，變化速率沒有減緩的趨勢，數值變化會進一步加大。出現這種情況可能是開挖間距過小，后行洞對先行洞的影響較大。②開挖間距為25米的時候，隧道拱頂沉降曲線沒有趨于穩定，數值變化為9mm，相對拱頂沉降為0.11%，接近上限值，這種情況下的數值雖有減小，但是變化速率沒有減小的趨勢，圍巖變形也會加大，仍有超過允許范圍的可能。③當開挖間距到30米時，圍巖變化逐漸趨于穩定，數值也大幅度減小。出現這種情況說明后行洞的開挖對先行洞的影響較小。④當開挖間距到35米的時候，曲線趨于穩定，數值較30米的時候變化不大。出現這種情況的原因在于當開挖間距到30米的時候，后行洞對先行洞的影響較小，此時再加大開挖間距，得到的變化會和不加大的情況相近。

2 結論

通過分析，可以得出：①圍巖變化隨著開挖間距的加大而減小。②開挖間距越大越有利于工程安全，開挖間距越小越有利于工期。綜合考慮，該模擬情況的開挖間距建議在30米左右。③開挖間距對圍巖變形影響較大，可以通過加大開挖間距來改善施工方法。

參考文獻：

[1]中華人民共和國行業標準編寫組.JTGD70-2004，公路隧道設計規范[S].北京人民交通出版社，2004.

[2]于小彤.雙洞小凈距隧道設計、施工關鍵技術的應用研究[D].天津：河北工業大學，2010.

[3]劉艷青，鐘世航，盧汝綏，等.小凈距并行隧道力學狀態的試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2000，19（5）：590-594.

[4]李金奎，魏賢科，梁文靜.大斷面小凈距隧道三孔隧道群施工順序研究[J].水利與建筑工程學報，2015，13（2）：33-36.

[5]吳賁，楊德升，楊小禮.小凈距隧道群掌子面間距數值分析研究[J].礦業工程研究，2011，23（3）：78-80.

[6]劉偉，靳曉光，陳少華.高速公路小凈距隧道合理凈距的探討[J].地下空間，2004，24（3）：380-385.

[7]吳煥通.小間距地鐵區間隧道施工工序模擬分析[J].現代隧道技術，2002，39（5）：26-28.

[8]吳德倫，黃質宏，趙明階.巖石力學[M].重慶：重慶大學出版社，2002：111-122.

[9]中華人民共和國行業標準編寫組 GB50299-1999，地下鐵道工程施工及驗收規范[S].