不同施工順序下小凈距隧道穩定性分析

胡展

（重慶交通大學，重慶 400074）

1 概述

隨著時代的發展，路面交通愈加堵塞，為解決此問題，大力開發隧道建設成為主流方向。其中小凈距隧道在雙線隧道中廣泛應用，但由于小凈距隧道兩洞室相距較近，其中某一洞室的開挖將改變另一洞室附近的應力場，并且受到自然、人工多方面的制約，施工標準很難統一，對此，許多學者進行了相關研究。

劉小軍等人[1]通過對具體工程進行數值模擬，得到了不同開挖工序時各階段圍巖及支護結構的變形和應力變化情況。楊小禮等人[2]采用雙側壁導坑法，對淺埋小凈距雙洞六車道偏壓公路隧道在不同開挖順序下進行施工力學數值模擬，分析了不同開挖順序時的圍巖位移、應力、地表位移以及塑性區的變化，并進行比較。

2 工程依托

2.1 工程概況

本文依托排頭隧道[3]（位于龍泉至浦城高速公路工程LP04合同段），分析不同施工順序下，偏壓隧道圍巖以及隧道變形。該小凈距隧道長245m，凈距約6～9m，其中，存在邊坡坡率1∶0.75 左右，隧道拱肩厚度6～12m 的嚴重偏壓地段。

2.2 工況設計

如圖1 所示，該隧道采用上下臺階分步開挖，每次開挖5m，下臺階高4m，設計施工工序為以下三種：（1）先挖深埋側隧道：①→②→③→④，每挖完一個進尺打錨桿，并噴射混凝土；（2）先挖淺埋側隧道：③→④→①→②；（3）兩側隧道同時開挖：①、③→②、④。

圖1 隧道開挖順序圖

3 數值模擬

3.1 模型建立

采用Midas GTS NX 有限元軟件，模擬該隧道工程施工過程。本次模擬巖土體模型采用100m×100m×50m。該陡坡偏壓小凈距隧道為雙車道隧道，單洞開挖跨度11m，凈距8m，淺埋側拱頂覆土厚度10.6m，地面坡度38°左右。整體及支護結構模型如圖2 所示。

圖2 整體模型

其中模型材料參數見表1。

表1 模型材料參數表

3.2 結果分析

對于偏壓小凈距隧道，兩洞室的開挖順序的不同，必然導致整個開挖過程中，隧道圍巖、支護結構的變形的不同，經過數值模擬，對隧道及圍巖不同工況下，所布置的各個觀測點的沉降進行分析、對比，提出合適的施工工序建議。各觀測點的布置如圖3。

圖3 各個觀測點的布置圖

不同工況下中夾巖柱測點的沉降量如圖4 所示，從圖中可以看出，工況3（同時開挖）的各測點沉降量與隆起量，剛開始增長速率均大于前兩種工況，但最終穩定值均小于前兩種工況。其原因可能是，在該類圍巖下施工，同時開挖時，每次開挖對圍巖的擾動比另外兩種工況大，但擾動次數比其他兩種工況少一半，所以呈現變化速率大，但最終穩定值小的情況。

不同工況下深埋側隧道拱部測點的沉降量如圖5 所示，可以看出，對于工況1、工況3，深埋側隧道拱頂、左拱肩剛開始就發生巨大沉降，對于工況2，深埋側隧道拱頂、左拱肩一開始由于深埋側隧道還未開挖，幾乎沒有沉降，但當開挖深埋側隧道時，也同其他兩個工況一樣發生巨大沉降，但隨著支護的施作，兩測點沉降速率逐漸減緩至一微小值。三種工況的深埋側隧道右拱肩則只發生了輕微沉降，此原因可能與偏壓有關。同時開挖時深埋側隧道的右拱肩沉降量與其他兩個工況幾乎相同，但拱頂和左拱肩的沉降量均小于其他兩個工況，其與施工擾動有關。三種工況下的最大沉降量均發生在拱頂。

不同工況下淺埋側隧道拱部測點的沉降量如圖6 所示，可以看出，對于工況2、工況3，淺埋側隧道拱頂、右拱肩剛開始就發生巨大沉降，對于工況1，淺埋側隧道拱頂、右拱肩一開始由于淺埋側隧道還未開挖，不但沒有沉降，還輕微隆起，但當開挖淺埋側隧道時，也同其他兩個工況一樣發生巨大沉降，但隨著支護的施作，兩測點沉降速率逐漸減緩至一微小值。三種工況的淺埋側隧道左拱肩均發生了輕微隆起。同時開挖時淺埋側隧道的左拱肩隆起量比其他兩個工況大一倍左右，但拱頂和右拱肩的沉降量均小于其他兩個工況，其與施工擾動有關。三種工況下的最大沉降量均發生在拱頂。

4 結論

據中夾巖柱各測點的沉降量在不同施工工況下的對比來看，不管施工順序是先深后淺，還是先淺后深，施工對中夾巖柱的穩定性影響差不多；但由于這兩種工況的施工擾動次數比同時開挖要多，因此對中夾巖柱的穩定性大。

由不同工況下的兩側隧道的拱部沉降量對比可知，不管先開挖深埋側隧道，還是淺埋側隧道，對兩側隧道的最終沉降量影響并不大，但同時開挖，減少了施工擾動次數，對其隧道的沉降量影響較大。