雙連拱隧道淺埋段中隔墻穩定性研究

楊 琴 黃培東 陳俊生

（遵義職業技術學院建筑與藝術設計系，貴州 遵義 563000）

0 引言

雙連拱隧道線型流暢，引線占地面積少、空間利用率高，對復雜地形山嶺高速公路的線型布設、征地拆遷、總體工程投資等方面具有重要的積極意義，尤其是中短隧道優勢更大。但是，雙連拱隧道存在的施工工序繁瑣、技術要求高、工期較長等缺點也是不容忽視的。特別當要考慮到出渣、施工組織等因素時，主洞開挖采用左右洞非對稱開挖，使隧道空間效應更加明顯，使地層應力變化與襯砌結構的荷載轉換更趨復雜[1-2]。尤其是隧道中隔墻經常處于復雜應力狀態下，極易發生破壞；如中隔墻失穩、錯位、傾斜、下沉，中隔墻襯砌變形開裂，中隔墻頂部圍巖破碎、滲水等。為了保證連拱隧道結構穩定性和隧道施工安全以及工程成本的控制和隧道后期運營過程中襯砌的安全性，對雙連拱隧道中隔墻受力及其穩定性進行分析十分必要。本文依托興義北環線馬嶺峽谷隧道，對該隧道淺埋段中隔墻受力特性進行監測分析，從而研究其穩定性，用以對項目的安全施工及支護方式設計進行指導，為同類型隧道施工提供有益參考。

1 中隔墻穩定性分析

中隔墻內力計算簡圖見圖1，如果已知圖1中N1和N2的值，考慮中隔墻拉伸（壓縮）與彎曲的組合關系，推導出中隔墻的軸力N和彎矩M，進一步分析轉換成軸力N和水平力H。

圖1 中隔墻內力計算簡圖

混凝土和鋼筋共同工作，可以認為兩者協調變形，即ε1混凝土=ε2鋼筋，由胡克定律，從而得到：

整理可以得到軸力N和彎矩Mz的計算公式為：

式中，N為中隔墻軸力，Mz為中隔墻彎矩；N1和N2為圖示中鋼筋應力計的軸力；E s和E為鋼筋應力計和混凝土的彈性模量，A s和A為鋼筋應力計和中隔墻計算面積，A=b·d，d為鋼筋計直徑，b為兩鋼筋計水平間距，I z是中隔墻計算慣性矩，為然后將彎矩轉換成水平力，即：

為了計算方便，計算出隧道軸線方向尺寸為1m所受的軸力N和水平力H，其中軸力向下為正，水平力向左為正，根據軸力和水平力計算中隔墻的穩定性系數K。

2 工程應用

2.1 工程概況

興義北環線馬嶺峽谷隧道（見圖2）為雙向六車道連拱中隧道，隧道起訖樁號為K10+040～K10+815，全長775m，隧道頂板最大埋深約106m，隧道平面線形依次為R=500m、R=∞，隧道縱坡為下坡，縱坡為-2.657%。隧道進口端采用削竹式洞門，出口端采用整體式端墻洞門[3-4]。

圖2 隧道平面位置圖

2.2 現場監測

為了解淺埋段中隔墻受力轉換規律及施工過程中的安全狀態，在淺埋段選取一個斷面安裝鋼筋應力計（見圖3）、壓力盒、位移觀測點等測試傳感器[5]。經過公式計算，四級圍巖深淺埋臨界深度為18.1m，五級圍巖深淺埋臨界深度為36.2m，最終選擇K10+125進行監測研究。其傳感器布置情況及編號如圖4所示，本文主要利用GJY2和GJY5進行中隔墻穩定性分析[6-7]。

圖3 鋼筋應力計安裝

圖4 中隔墻監測點布置圖

2.3 穩定性分析

利用在K10+125斷面中隔墻鋼筋軸力監測點對應位置安裝的鋼筋應力計[8-10]，測量計算出GJY2和GJY5測點對應的鋼筋軸力，得到對應的軸力時程曲線（見圖5），根據第一節的推導可以計算出該斷面所受的豎向力和水平力，繪制出對應的時程曲線見圖6、7所示。橫坐標表示測量時間，當t=0d時，代表測量時間為10月5日，當t=1d時表示測量時間為10月6日……以此類推。

圖5 中隔墻主筋GJY2與GJY5軸力時程曲線

圖6 中隔墻軸力N時程曲線

圖7 中隔墻水平力H時程曲線

由圖6、7可知，中隔墻澆筑、先行洞靠近中隔墻部分上臺階開挖與初支、后行洞靠近中隔墻部分上臺階與下臺階開挖與初支對中隔墻的受力有比較大的影響，水平偏壓主要發生在先行洞靠近中隔墻部分上臺階開挖與初支階段，后行洞靠近中隔墻部分上臺階與下臺階開挖與初支這一態勢有所緩解，但無法消除，其結論與文獻中鋼筋計軸力分析結論一致[11-12]。

利用第一節的推導，進一步計算出穩定性系數K，繪制其時程曲線，見圖8。

圖8 中隔墻穩定系數K時程曲線

從圖8中可知，通過穩定性系數計算[13]，得到其最小系數發生在2021年11月17日，其穩定性系數為8.70，而《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）中關于擋墻抗傾覆有明確要求，只有當穩定性系數大于1.6才能保證擋墻不發生傾覆，本斷面中隔墻在主洞開挖支護的所有時間所測得的穩定性系數均滿足該要求，說明中隔墻在施工過程中穩定性滿足規范要求[14]。

3 結束語

本文通過中隔墻左右兩側主筋軸力推導出其豎向力和水平力的計算公式，進而計算中隔墻的穩定性系數，將其運用到馬嶺峽谷隧道一個淺埋段中隔墻進行穩定性分析，得到以下結論：

（1）中隔墻澆筑、先行洞靠近中隔墻部分上臺階開挖與初支、后行洞靠近中隔墻部分上臺階與下臺階開挖與初支對中隔墻軸力N及水平力H有比較大的影響。

（2）該斷面最小穩定性系數發生在2021年11月17日，最小系數為8.70，大于1.6；說明中隔墻在主洞開挖支護的所有時間所測得的穩定性系數均滿足該要求，中隔墻在施工過程中穩定性滿足規范要求。本文采用的穩定性分析方法可以為同類工程提供有益借鑒。