山區高速公路隧道仰拱拆換結構變形機制

楊沛文， 劉鎏， 周小涵*， 劉新榮， 林彬彬

(1.重慶大學土木工程學院， 重慶 400045； 2.中交路橋建設有限公司， 重慶 400045)

隨著交通基礎設施迅速發展，中國隧道工程建設的速度和數量也在不斷增加。截至2020年底，中國隧道總數已達16 789座，總計達到19 630 km[1]。中國已經成為世界上建設和運營公路隧道最多的國家。隧道是修建在地下巖土介質中的半隱蔽工程，隨著運營時間的增加，諸如裂縫、滲漏水等襯砌病害也會逐漸顯露[2]。這些病害會對隧道結構的耐久性和承載性能產生影響，縮短隧道的服役時間，更嚴重地會威脅結構穩定，影響行車安全[3]。

仰拱是隧道的圍巖襯砌體系中的必不可少的組成部分[4]；受施工或水文地質環境等因素影響，仰拱時常會產生底板開裂和變形、側溝開裂和變形、底板沉陷、面層翻漿和隆起等問題[5]。近年來，有關仰拱病害的案例不在少數，王延方等[6]調查了某泥巖隧道，發現路面裂縫延伸范圍達300 m，最長裂縫達50 m，最大錯臺約10 cm，嚴重危及行車安全；安江市某隧道路面開裂，路面呈現中間高兩邊低，電纜溝也出現和二襯表面也出現了開裂情況，裂縫長度達到100 m，平均縫寬7～8 mm，最大縫寬2 cm；雪峰山隧道開挖后，隧道進口段襯砌尤其是仰拱填充部分出現大量裂縫，裂縫上寬下窄，呈“V”字形，左線仰拱填充結構裂縫最深約82 cm，有限仰拱填充結構裂縫最深約為129 cm[7]。這些案例都表明，仰拱病害嚴重影響隧道結構的穩定性和行車安全。

圖1 隧道與山體位置關系圖Fig.1 Tunnel and mountain location relationship map

目前，針對仰拱病害問題的處置方法主要有：①做好地下水引排；②在拱腳處采用注漿鋼花管設置鎖腳，對拱腳部分圍巖進行加固；③對基底進行注漿加固以改善圍巖力學性能；④當仰拱結構難以滿足實際受力要求，則需進行拆換處理。部分學者也對隧道仰拱病害治理做了相關研究，鄧少軍等[8]針對高速公路邊墻開裂問題提出采用注漿鋼花管鎖腳、襯砌結構加固等方法進行處理；張素磊等[9]對置換后的襯砌結構受力特征進行了現場測試，并結合測試結果對襯砌置換的適用性進行了討論；張羽軍等[10]針對隧道施工中大變形病害的成因展開研究，分析認為變形段病害產生是由于地應力作用、圍巖性質和地下水綜合導致；崔連友等[7]用“荷載-結構”法和現場實驗發現作用在仰拱中心水壓較大是使得仰拱填充結構開裂的主要原因；汪旵生[11]通過數值模擬、現場測試和觀察論證了微型樁加固能有效減小仰拱隆起，防止仰拱填充結構的“V”字形裂縫的發展；李林毅等[12]基于FLAC3D軟件提出一種用于反演由水壓力導致的隆起病害的方法，并提出采用“施作降壓孔+隧底注漿錨固+增設泄水孔+地表處理”的綜合整治措施。對于病害特別嚴重的隧道，有時會采用換拱的方法，例如新建的蘭新鐵路第二雙線大梁隧道[13]。現有研究中關于襯砌拆換的報道主要集中于建設期隧道。與建設期隧道不同，運營期隧道的圍巖通常趨于穩定，使得其受力和變形都與建設期隧道存在較大差異，而目前關于運營期隧道襯砌拆換工程的報道尚少，且對襯砌拆換以及拆換過程中的結構變形機制研究還未見報道。

針對結構拆除的影響分析最為常見研究方法是數值模擬，如周建軍等[14]在研究拱圈支架拆除順序時，運用數值模擬分析不同拆除方案的優劣；高文樂等[15]利用有限元軟件對框架結構爆破拆除倒塌這一過程進行了數值模擬。因此現以西南某山區高速公路隧道仰拱拆換工程為案例，通過建立有限元模型分析不同拆換方案對隧道結構穩定性的影響，以期為今后運營隧道仰拱拆換處理提供工程借鑒和參考。

1 工程概況

依托隧道位于中國西南山區，區域構造具有背斜陡急、向斜寬緩的“隔擋式構造”特征。隧道圍巖主要為Ⅲ、Ⅳ為主，局部為Ⅴ級。隧道的走向與山體的位置關系如圖1所示。隧區地下水中富含大量硫酸根離子和氯離子。該隧道在運營過程中出現了襯砌、路面開裂、電纜溝及二襯混凝土嚴重腐蝕等病害，且病害有不斷加劇的趨勢。為避免隧道病害的繼續發展對結構安全性造成影響，對部分路面嚴重受損段落進行仰拱的拆換。仰拱及路面變形的處治方案為拆除原C25混凝土仰拱，重新施作C45防腐混凝土。

選擇隧道右線某腐蝕嚴重需進行仰拱拆換的典型段落進行仰拱拆換研究，該段圍巖為V級圍巖，隧道斷面如圖2所示，初期支護為C20噴射混凝土，厚度為25 cm，φ8鋼筋網20 cm×20 cm, I18型鋼拱架縱向間距50 cm，錨桿為R25中空注漿錨桿長350 cm，間距100 cm×50 cm(縱向)，復合防水層，二次襯砌為C25砼襯砌厚45 cm，仰拱為C25厚45 cm。

圖2 隧道斷面支護結構圖Fig.2 Structural drawing of tunnel section support

2 數值模型

2.1 模型建立

數值模擬采用Midas GTS NX軟件，建立了地層與隧道結構的三維有限元模型。根據經驗，隧道的影響范圍為3～5倍洞徑[16]，隧道跨度約為11 m，高度約為9 m，隧道的等效直徑D約為10 m。故取模型左右邊界距隧道邊墻50 m(5D)，下邊界距隧道拱底55 m(5.5D)；該模型驗證段埋深為300 m，為簡化模型，取上邊界距隧道拱頂100 m(10D)，并在上邊界加上200 m土層的壓力；隧道沿縱向取120 m，其中0～30 m和90～120 m為未拆換段，30～90 m共60 m為拆換段。將拆換段開始位置記為Y=0，拆換段末端記為Y=60。

模型尺寸為120 m(縱向)×110 m(左右邊界距離)×165 m(上下邊界距離)，模型下邊界為全約束，左右邊界約束X軸方向位移，前后邊界約束Y軸方向位移，上邊界為自由面。在實際建模過程中，隧道的噴射混凝土、二襯、仰拱均采用實體單元模擬，錨桿采用1D植入式桁架模擬，均按彈性材料考慮。圍巖采用實體單元模擬，服從摩爾-庫倫屈服準則。隧道的網格劃分及拆換段示意圖如圖3所示。

圖3 模型網格劃分及隧道內部示意圖Fig.3 Mesh generation of model and schematic diagram of tunnel interior

2.2 材料參數

圍巖參數根據隧道的地勘資料選取，對于襯砌結構參數，由于鋼拱架與噴射混凝土實際上是緊密連接的，兩者共同變形、受力，因此建模中的初期支護參數是將鋼拱架的彈性模量折算給噴射混凝土的[17]，鋼筋混凝土二次襯砌也同樣考慮，計算公式為

(1)

表1 材料計算參數Table 1 Numerical simulation parameters

2.3 模型驗證

現場仰拱采用跳槽拆換，單次拆換距離為6 m，60 m拆換段共分為10段。具體拆換工序為：首先按順序拆換奇數段的仰拱，在奇數段仰拱拆換完成后對偶數段進行拆換，其中每段仰拱均為先拆換左幅再拆換右幅。仰拱拆換示意圖如圖4所示。

數字序號1～20表示拆換先后順序圖4 仰拱跳槽拆換示意圖Fig.4 Schematic diagram of removal and replacement of inverted arch

現場監測段共設有5個測點，測點在仰拱拆換過程中對拱頂沉降進行監測。在拆換完成時拱頂的沉降約為2.0 mm，監測數據與計算數據的對比如圖5所示。由于測點之間的距離較近，因此計算數據與監測數據中各點拱頂沉降量之間的差距較小，模擬得到的拱頂沉降曲線接近直線。

圖5 監測數據與模擬數據比較Fig.5 Comparison of monitoring data and simulation data

監測數據與計算數據之間的差距小于20%，可認為建立的數值模型與實際比較貼近。

3 仰拱拆換過程中隧道整體變形規律分析

3.1 橫截面變形規律

以拆換段中間截面(Y=30 m處)為例，比較拆換前后隧道橫截面的變形情況。為了便于觀察，將隧道變形部分做了適當的放大，如圖6所示。

圖6 拆換前后隧道橫截面變化Fig.6 Change of tunnel cross section before and after replacement

在仰拱拆除過程中，由于拱腳處于懸空狀態，在上部荷載和兩側圍巖的擠壓下，隧道拱腳在豎直方向產生了約4.50 mm的沉降且在水平方向產生了0.87 mm的收斂變形。除了拱腳之外，隧道的變形主要發生在拱頂和拱底位置處，在圖6的截面中，拱底隆起了約9.27 mm，拱頂下降了約2.12 mm。

總體來說，在仰拱拆換中，由于外部荷載的作用，隧道橫截面呈現出向內收縮的變形趨勢。隧道拱腳和拱底處容易產生較大的變形，拱頂也會產生少量變形。因此，在施工中要特別注意對襯砌懸空的位置做好臨時支撐。

在隧道容易發生變形的3個位置中，選取隧道的拱頂和拱底為研究對象，分析隧道在拆換過程中結構變形機制。

3.2 時間變形規律

在仰拱拆換過程中，原本由拆換部分仰拱承擔的圍巖荷載將轉移到相鄰的仰拱上，對相鄰的仰拱產生附加影響，主要探討了拆換過程中，隧道拱頂和拱底的時間變形規律。

由于拆換段兩端和中間部分的拱頂沉降和拱底隆起變形規律不同，因此分別選取模型中距離拆換段起始位置3 m和30 m處的點(Y=3 m和Y=30 m)來研究隧道結構不同位置隨時間的變化規律，兩點位置如圖4所示。分別繪制兩點的拱底和拱頂的時間變形曲線，如圖7和圖8所示。

圖7 兩點拱底隨時間變形變化曲線Fig.7 Time history deformation curve of arch bottom

圖8 兩點拱頂隨時間變形變化曲線Fig.8 Deformation curve of two-point vault with time

由圖7可知，兩點拱底隆起的產生主要集中在部分階段(圖7中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ階段)。對于Y=3 m處的點來說，Ⅰ階段產生的拱底隆起是由于該點所在第一段仰拱被拆除，Ⅲ階段變形的產生主要由于該點相鄰的第二段仰拱被拆除；對于Y=30 m處的點來說，Ⅱ階段產生變形主要由于第五段仰拱的拆除，Ⅳ階段的變形主要由于第六段仰拱的拆除，而更換新的C45仰拱的過程對結構的變形影響不大。因此對拱底某點來說，該點的變形主要產生在其所在和相鄰段仰拱被拆除的過程中(主要受該點兩側各6 m范圍內仰拱拆除的影響)，且在該點所在的仰拱段拆除時產生的變形大于相鄰段拆除時的變形。隨著拆除位置的遠離，其余段落的拆除對該點的變形影響越來越小。

由圖8可知，與拱底變形產生原因相同，兩點(Y=3 m和Y=30 m)對應拱頂位置處的沉降主要在兩點所在的仰拱段和兩側的仰拱段拆除的過程中產生(圖8中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ階段)。而更換新的C45仰拱的過程對拱頂的變形基本沒有影響。不同點在于，拱頂的時程變化曲線中陰影部分面積較拱底的更大，說明拱頂某點產生的沉降受到兩側更大范圍內仰拱拆除的影響(約為兩側各18 m范圍)。隨著拆除位置的遠離，其余段落的拆除對該點對應拱頂位置處的沉降影響越來越小。

因此，可以根據影響范圍來確定在施工中需要進行臨時支護的范圍，尤其對于病害嚴重的隧道，其襯砌本身就存在不穩定性，結構可靠度低，這種擾動對相鄰隧道襯砌更為明顯。為保證在仰拱拆換過程中隧道結構的穩定性，至少應該在仰拱拆除段兩側18 m范圍內進行必要的臨時加固。

3.3 縱斷面變形規律

在仰拱拆換完成時隧道縱斷面拱底變形曲線如圖9所示。可以看出，仰拱拆換過程中拱底隆起曲線圖呈現周期性凸起的形狀。在每個6 m拆換段的中點處拱底隆起達到峰值且每個峰值大小基本相同，最大隆起值約為9.27 mm。由上述可知，拱底某點的隆起主要是在該點所在段和相鄰段仰拱拆除這兩個過程中產生的。在拱底變形產生的第一個階段，即在該點所在的仰拱段拆除后，由于其兩端有未拆的仰拱限制，且在外部圍巖的擠壓下，可以將每個拆換段拱底各點的連接線(即初支表面)視作兩端固定且受均布荷載的梁，在這個階段的拱底變形呈現出中間部分變形最大、兩端變形最小的特征。在變形產生的另一個階段，即該段的相鄰段被拆除，受相鄰段的影響，該段的變形整體上會增加但增加量較小，且兩端的新增變形量會略大于中間部分，但是新增的變形量不足以改變該段已有向上凸起的變形形狀。因此，該段拱底變形整體上呈現出中間大、兩邊小的形狀。在其他段落拆除時，與上述變形產生的過程相同，其他段最終也呈現出中間大、兩邊小的變形特征，所以隧道拱底的縱斷面曲線呈現出不斷向上凸起的形狀。

第一段和第十段的拱底隆起值較小，是因為這兩段變形的受影響范圍內有未拆換段，而中間部分段落在相鄰兩段和自身段拆除時都會產生變形，相比之下，中間部分段的累計變形就會大于兩側6 m的累計變形。在圖中也就表現出兩側6 m范圍內的拱底隆起值較小。

數字1～10為10個拆換段的序號圖9 兩點拱頂隨時間變形變化曲線Fig.9 Deformation curve of two-point vault with time

在仰拱拆換過程中隧道縱斷面拱頂變形曲線如圖10所示。由于整個拆換段的跨度較大，受兩端未拆換段的變形限制，縱斷面拱頂沉降曲線不再如監測得到的沉降曲線為一條直線，而是呈現“U”形，整個拆換段兩側的拱頂沉降相對較小，中間段的沉降較大且數值非常接近，拱頂最大沉降達到2.12 mm。由于拱頂各點沉降的受影響范圍是兩側各18 m范圍，即60 m拆換段的首尾各18 m范圍內均受到前或后未拆換段的影響而使得其變形量小于中間部分段，且隨著拱頂上點的位置遠離未拆換段，該點受到的影響逐漸減小，在圖中也就表現出兩側約18 m范圍內拱頂沉降逐漸增大。此外，拆換段中間24 m的拱頂各點均受到兩側各18 m范圍內仰拱拆換過程的影響，且各點因影響范圍內仰拱拆換的產生的最終變形量相同，而與該點的具體位置和產生變形的順序無關，所以拆換段中間24 m的拱頂最終沉降值基本相同。

數字1～10為10個拆換段的序號圖10 拆換段隧道縱斷面拱頂變形圖Fig.10 Remove and replace longitudinal section of tunnel arch deformation curve

4 拆換順序對仰拱拆換過程的影響分析

4.1 計算工況

在實際工程中，為了施工的安全性，在仰拱拆換過程中通常會采取跳槽拆換的方式。因此本小節單次拆換距離選取6 m，考慮跳槽拆換不同順序下隧道結構變形情況。共設置3種拆換工況，如圖11～圖13所示。

(1)工況一。首先按順序拆換奇數段的仰拱，在奇數段仰拱拆換完成后對偶數段進行拆換，其中每段仰拱均為先拆換左幅再拆換右幅，如圖11所示。

圖11 工況一拆換順序示意圖Fig.11 Schematic diagram of removal and replacement sequence in working condition 1

圖12 工況二拆換順序示意圖Fig.12 Schematic diagram of removal and replacement sequence in working condition 2

圖13 工況三拆換順序示意圖Fig.13 Schematic diagram of removal and replacement sequence in working condition 3

(2)工況二。首先對奇數段左幅仰拱進行拆換，然后對偶數段左幅仰拱進行拆換。在完成全部左幅仰拱的拆換后進行右幅仰拱的拆換，右幅仰拱的拆換也是先拆換奇數段后拆換偶數段，如圖12所示。

(3)工況三。首先拆換奇數段仰拱的左幅，然后拆換奇數段仰拱右幅；在完成奇數段拆換后進行偶數段左幅拆換，最后對偶數段右幅仰拱進行拆換，如圖13所示。

4.2 拱頂和拱底變形分析

不同拆換順序下隧道縱斷面拱頂沉降曲線如圖14所示。與前述拱頂沉降曲線類似，在不同拆換順序下，拱頂沉降曲線均呈現中間大兩邊小的特點，且中間段的拱頂位移非常接近。從放大部分可以明顯看出3種工況的拱頂沉降值之間的差異，工況一和工況三的拱頂沉降值基本相同，兩種工況的曲線分布重合，而工況二的拱頂位移略大于前兩者的位移。其中，工況一和工況三在拆換中的拱頂最大沉降值為2.12 mm；工況三的拱頂最大沉降為2.15 mm。

圖14 不同拆換順序下隧道縱斷面拱頂沉降曲線Fig.14 Settlement curves of tunnel longitudinal arch under different removal and replacement sequences

不同拆換順序下隧道縱斷面拱底隆起曲線如圖15所示。與前述拱底隆起曲線類似，在不同拆換順序下，拱底的隆起均呈現兩端的隆起較中間段小。拱底隆起曲線均呈現周期性向上凸起的形狀。周期值為單次拆換的距離6 m，具體原因與前述內容相同。

如圖15所示，不同工況比較下，工況一和工況三的拱底位移值基本相同，兩種情況的拱底最大位移值分別為9.27 mm和9.30 mm；而工況二的拱底位移值略大于前面兩種工況，最大位移值為9.64 mm。

圖15 不同拆換順序下隧道縱斷面拱底隆起曲線Fig.15 Heave curves of tunnel longitudinal section arch bottom under different removal sequences

不同拆換順序下拱頂和拱底的最終變形曲線趨勢相同，說明當仰拱拆換采用跳槽拆換方式時，不論采取哪種拆換順序，最終的拱頂和拱底的變形趨勢是相同的，拱頂沉降變形均為“U”字形, 拱底隆起變形均呈周期性向上凸起狀。工況一和工況三的拱頂和拱底變形值基本相同，而工況二的拱頂和拱底變形略大于上述兩種工況的變形。這就說明雖然工況一和工況三具體的拆換順序不同，但兩種拆換方式實質上是相同的，而工況二的拆換順序與前兩者存在差異。這是由于工況一和工況三在拆除偶數段前已經完成奇數段左右兩幅仰拱的拆換，也就是說拆除偶數段時，偶數段相鄰兩段均為已拆換完成的C45仰拱，能更好地對偶數段拆換過程中產生的位移起到限制作用；而工況二在拆換奇數段左幅仰拱之后，緊接著拆換偶數段左幅仰拱，而右幅仰拱全部處于未拆換狀態。

總的來說，工況一和工況三的拆換順序能及時地使得新筑的更高強度的仰拱閉合成環，能更早地發揮拆換后仰拱的承載能力，使得拱底和拱頂位移也相對較小。因此，在實際工程中，采用跳槽拆換方式時，應遵循使得拆換后的更高強度的仰拱閉盡早合成環的原則，對發揮襯砌結構的承載性能，提高拆換過程中隧道結構的穩定性具有重要作用。

5 拆換距離對仰拱拆換過程的影響分析

拆換距離也是在仰拱拆換過程中對隧道結構穩定性的重要影響因素，而目前實際工程中對拆換距離的確定往往通過經驗確定。因此在同一拆換順序的情況下設置不同的拆換距離來比較不同工況下隧道結構的變形情況。

現有的公路隧道相關規范中對隧道拆換過程中的周邊位移和拱頂沉降限值并未做出規定。通過查閱相關文獻，魏強[18]對某一鐵路隧道仰拱拆換過程中的隧道拱頂沉降監測值提出了分級管理措施，分級管理措施見表2。

表2 隧道結構拱頂沉降監測管理措施Table 2 Monitoring and management measures for vault settlement of tunnel structure

因此，以3 mm為隧道在仰拱拆換過程中的拱頂沉降限值，認為當拱頂沉降在3 mm以內時，隧道結構處于安全狀態。

5.1 計算工況

共設置4種單次拆換距離，分別為6 m(0.6D)、8 m(0.8D)、10 m(1D)、12 m(1.2D)，其中D為隧道等效直徑。拆換順序為4.1節中的工況一的拆換順序，如圖16所示。

圖16 不同拆換距離示意圖Fig.16 Schematic diagram of different removal and replacement distances

5.2 結果分析

不同拆換距離下隧道縱斷面拱頂沉降曲線如圖17所示。由圖17可知，隨著單次拆換距離的增加，隧道拱頂的沉降值整體都在變大。當單次拆換0.6D時，拱頂的最大位移約為2.11 mm；當單次拆換0.8D時，拱頂的最大位移約為2.27 mm；當單次拆換1D時，拱頂的最大位移約為2.40 mm；當單次拆換1.2D時，拱頂的最大位移約為2.48 mm。

圖17 不同拆換距離隧道縱斷面拱頂沉降曲線Fig.17 Settlement curve of tunnel longitudinal arch at different removal distances

在不同拆換距離下，拱頂的變形趨勢基本相同，都呈現中間大、兩邊小的特點，且中間段的拱頂位移非常接近。當仰拱拆換距離達到10 m(1D)后，再增加拆換距離時，雖然隧道拱頂的沉降值仍在增大，但是拱頂最大沉降值的增長幅度在減小。可見，當單次拆換距離超過1D并逐漸增加時，仰拱拆換時的隧道結構穩定性受到縱向拆換距離的影響在逐漸減小。

根據4種拆換距離的結果，拱頂產生的位移均小于3 mm。參考上述隧道結構拱頂沉降監測管理措施表，若以拱頂位移3 mm為界限來評價仰拱拆換過程中安全性，當仰拱單次拆換距離小于1.2D時，隧道結構都處于穩定的狀態。不同拆換距離下隧道縱斷面拱底隆起曲線如圖 18所示。由圖18可知，隨著單次拆換距離的增加，隧道拱底的整體隆起值也在增大。與拱頂最終沉降規律相同，受到兩側的未拆換段的限制，拆換段中間部分的拱底隆起值大于兩端的隆起值。在不同的拆換距離情況下，拱底變形趨勢也呈現周期性凸起的特點。周期值為單次拆換段的距離，隨著單次拆換距離的增加，拱底變形的周期性變化的次數也在相應減小。具體原因與前述原因相同。

圖18 不同拆換距離隧道縱斷面拱底隆起曲線Fig.18 Heave curves of tunnel longitudinal section under arch at different removal distances

當單次拆換距離為0.6D時，拱底最大隆起值為9.18 mm；當單次距離為0.8D時，拱底最大隆起值為10.17 mm；當單次距離為1D時，拱底最大隆起值為10.93 mm；當單次距離為1.2D時，拱底最大隆起值為11.38 mm。同樣，當拆換距離超過1D后，拱底最大隆起值的增長幅度會變緩，隧道結構的穩定性受到縱向拆換距離的影響減小。

在4種拆換距離中，隧道拱底產生變形值均遠大于拱頂產生的變形值，雖然拱頂沉降值處于安全范圍內，但考慮到拱底隆起值過大會影響施工，在拆換方案選擇時，應該盡可能選擇單次拆換距離短的方案以控制拱底變形。

綜上，當進行隧道仰拱拆換時，單次拆換距離越大，隧道拱頂和拱底產生的變形就越大。當以隧道拱頂沉降值3 mm為限值時，Ⅴ級圍巖情況下，單次拆換距離在0.6D～1.2D時隧道均處于安全狀態。但是考慮拱底產生的變形量遠遠大于拱頂產生的變形量，較大的單次拆換距離會導致拱底的隆起值偏大而影響實際施工，為了將拱底變形控制在較小范圍內，應盡量選擇單次拆換距離短的方案。

6 結論

通過建立仰拱拆換三維數值模型，分析了不同拆換工況下隧道結構變形規律，主要結論如下。

(1)在仰拱拆換過程中，隧道橫截面呈現出向內收縮的趨勢，拱腳、拱底和拱頂處容易產生變形，其中以拱底的變形量為最。在實際工程中應注意對上述易變形位置的支護。

(2)拱底和拱頂的變形量會受到其兩側仰拱拆除的影響。如單次拆換距離L=6 m，拱底各點的變形主要是在該點兩側各L(6 m)范圍內的仰拱拆除過程中產生，而拱頂各點的受影響范圍為該點兩側各3L(18 m)。在實際工程中，由于病害襯砌本身就處于不穩定狀態，拆換帶來的擾動對其穩定性影響更為明顯。因此為保證拆換過程中襯砌結構的穩定，可在每個拆換段兩側各3倍拆換的范圍內進行臨時加固。

(3)當采用跳槽拆換時，不論拆換順序如何，最終拱頂和拱底的變形曲線都是相同的，拱頂沉降曲線均為“U”字形；拱底隆起曲線均呈周期性向上凸起狀。為減小隧道結構在拆換中的變形，拆換順序應遵循能夠使得新筑仰拱盡早閉合成環的原則，這樣有利于發揮更換后的仰拱的承載能力，減小后續相鄰段拆換帶來的結構變形的影響。

(4)不同的單次拆換距離不會改變拱頂和拱底的變形趨勢，但隨著拆換距離的增加，拱頂和拱底的變形也相應地增加，增加幅度有所減小。綜合考慮到要控制拱底的變形，在實際工程中，應盡量選擇單次拆換距離短的拆換方案。