對高速公路小凈距隧道合理凈距的探討

符 進

(廣東省長大公路工程有限公司，510507)

對高速公路小凈距隧道合理凈距的探討

符 進

(廣東省長大公路工程有限公司，510507)

使用數值分析手段,對不同凈距未支護條件下小凈距隧道的受力狀況、變形、圍巖塑性區進行了仔細的分析研究，可以了解到:當兩隧道的凈距小于B(B為毛洞開挖寬度)時,在兩隧道中巖墻較大范圍內將產生塑性區,且位移量明顯大于單洞狀態。中巖墻部位產生了明顯的應力疊加現象,處于很不利的受力狀態,中巖墻需進行特殊加固處理。而當凈距提高到1B及以上的時候,塑性區的產生范圍基本接近單洞狀態，所以可以確定該高速公路隧道Ⅴ級圍巖段的合理凈距應該要大于或者等于1.0B。

小凈距 隧道塑性區 變形應力

1. 前言

為了確定高速公路小凈距隧道合理凈距，本文某高速公路隧道洞口段Ⅴ級圍巖處隧道合理間距進行調查，為設計提供借鑒。

2. 計算方案的確定及參數的選取

根據某高速公路隧道的施工情況,選擇Ⅴ級圍巖在最不利埋深(35 m)、不同凈距的情況下計算小凈距隧道圍巖的變形特征、受力特性，然后進行穩定性分析。根據無支護情況下的圍巖力學行為,使用有限元計算軟件進行彈塑性分析。在計算時可以分別選擇分離式隧道的獨立單洞,凈距為2.0B、1.5B、1.25B、1.0B、0.75B、0.5B等6種,其中B=13.85米,為隧道開挖跨度。

在地應力場方面,因為隧址區埋深較淺，受到構造的影響比較小，所以只需考慮自重應力場作用，計算中選擇D-P準則作為屈服準則。同時在模型邊界條件方面,需要考慮到隧道的變凈距,其計算的模式在隧道橫斷面方向選擇3～5倍洞徑,垂直方向拱底以下選擇3倍洞徑,頂部取實際埋深[1]。其計算模型基本網格見圖1（a）。計算中可以假設左洞首先進行開挖,然后按照研究的意圖,在進行分析時假定在沒有支護的情況下右洞、左洞都一次成形(全斷面法開挖)。接著使用中巖墻位置、拱底、先行洞拱頂處的特征點進行監控,其布置位置見圖1(b)。

選擇材料參數是在結合《公路隧道設計規范》和現場地質勘查資料的基礎上綜合進行擬定的，具體內容如表1所示。

表 1 計算中材料參數的選取

圖 1 計算模型

2. 小凈距隧道間合理凈距的探討

2.1 不同凈距下圍巖塑性區分析

按照計算的結果,獲取了不同凈距條件下厚度表(表2)。按照收集的資料可以看出:

（1)在隧道開始挖掘之后,在沒有支護的情況下,圍巖都比較容易出現塑性區域。而塑性區域多處于拱肩到拱腳的范圍之內,其分離式隧道單洞塑性區厚度大約為2.5米。

（2)由于兩隧道間凈距會隨著開挖的進行逐漸減小,同時后行隧道的開挖會不斷擴大塑性區域，和凈距大小息息相關。根據研究結果可以知道,當兩隧道的凈距是0.5B(B是毛洞開挖寬度)的時候,后行隧道開挖會不斷擴大塑性區域。一旦后行洞隧道的壓力釋放到60%的時候,然后在兩隧道中巖墻會形成范圍較大的貫通塑性區域。而根據應力的不斷釋放,計算會產生不收斂情況,表示圍巖已經被破壞失穩。當凈距提高到0.75B的時候,后行洞的開挖雖然沒有引起中巖墻塑性區的擴大,但在塑性區的厚度方面(表2),使得塑性區厚度提高到4.0 米左右,中巖墻需進行不斷加固。而當凈距提高到1B的時候,可以知道,隧道附近的塑性區有所減少。經過對比不同凈距條件下與單洞時的塑性區厚度可知,對于小凈距隧道,雙洞開挖后各洞周的塑性區分布,由于凈距的不斷增加(針對本隧道在1B及以上時),會不斷接近各單洞開挖后的塑性區域的數值。具體內容如表2所示。

表 2 不同工況條件下塑性區厚度

2.2 不同凈距下圍巖變形分析

在隧道開挖過程中,圍巖變形大小也是影響隧道穩定性的因素之一?；诖?本次分析某高速公路隧道圍巖變形的情況同時獲取了不同凈距條件下先行洞特征點位移隨凈距變化量值表（表3)。

從上述不同凈距條件下圍巖的豎向位移量值可知,在隧道開始挖掘之后,最明顯的是拱底和拱頂的位移。如果拱頂出現沉降,拱底會出現隆起的情況。當隧道處于單洞的情況下,拱頂下沉量約為9.30毫米,拱底隆起量在9.30毫米左右。同時根據從先行洞的位移特點可以知道,由于后行洞的不斷開挖,隧道拱頂出現不斷沉降,拱底將會不斷減少位移。當凈距處于0.5B的時候,會得到最大的位移量,與單洞有明顯的區別，但是當凈距處于1B或者超過1B的時候,位移量會逐漸穩定下來,而且會與單洞位移數值進行過渡,并最終和單洞位移保持一致。具體內容如表3所示。

表 3 先行洞特征點位移值表

3. 討論

按照小凈距進行研究可以知道，要想確定小凈距隧道的合理凈距宜，需要考慮圍巖穩定性、變形、受力和等因素。因此可以得出，在確定相鄰隧道的凈距大于合理凈距范圍的時候,可以無需使用特殊的施工方法、支護措施和加固方法,只需要加強現場監督和控制,然后按照測量的信息進行反饋，接著進行適當調整。如果當小凈距隧道相鄰隧道凈距小于合理凈距范圍時,不但需要加強現場監控量測,還進行特殊加固，才能確保隧道的安全。

[1]喬春江,朱光儀.超小凈距隧道的設計與研究[J].公路.2013(07)：78-79.

U45

B

1007-6344（2015）11-0277-01