隧道-隧道錨近接體系中隧道錨雙側壁導坑法施工合理工序分析

【摘要】雙側壁導坑法是一種較為常見的隧道工程施工技術。在隧道-隧道錨近接體系中，隧道錨底部與隧道之間的凈距小，兩者在施工上則會相互影響。合理的開挖順序對隧道施工期的安全及進度控制有著重要作用。對大渡河特大橋雅安岸隧道-隧道錨近接體系中的隧道錨的兩種雙側壁導坑法施工方案進行模擬，運用FLAC3D軟件進行模型構建，并分別對兩種雙側壁導坑法施工方案的隧道支護結構力學性能分析、隧道錨支護結構力學性能分析、塑性區分析，綜合比較選出最佳施工方案。

【關鍵詞】隧道錨； 雙側壁導坑法； 近接體系； 對比分析

【中圖分類號】U448.25A

0 引言

雙側壁導坑法是一種較為常見的隧道工程施工技術 ，屬于一種以新奧法為支撐和依據的施工技術［1］。此方法因具有可以減小單次開挖面積，使隧道整體受力更為合理，有效控制了支護結構的變形量等優點，在西部地區山嶺眾多，地質、地形條件復雜的環境中廣泛運用。但如果開挖步驟較多，則會增加對圍巖的擾動次數，加之圍巖較為軟弱松散，受偏壓影響程度較大，不合理的開挖順序易引發地表塌陷及掌子面坍塌等工程事故［2-6］。所以，合理的開挖順序對隧道施工期的安全及進度控制有著重要作用。

目前，雙側壁導坑法基于各種工況的研究較為廣泛。陳志勇等［7］依托武漢市光谷一路—高新四路排水通道工程，運用有限元分析軟件 PLAXIS，對雙側壁導坑法隧道的施工過程開展數值模擬，對不同施工階段產生的地表沉降和拱頂沉降等進行分析；鄧偉等［8］依托廣西百色達康隧道實際工程，模擬了大斷面隧道采用雙側壁導坑法施工流程，探究了動態施工過程中圍巖變形規律和支護結構受力變化規律；李鵬宇等［9］依托重慶地鐵5號線和睦站，對結合雙側壁導坑法的TBM先隧后站技術進行工序優選研究。但目前國內外對于隧道-隧道錨近接體系中隧道錨雙側壁導坑法施工合理工序的對比研究較為罕見。

本文對大渡河特大橋雅安岸隧道-隧道錨近接體系中的隧道錨的兩種雙側壁導坑法施工方案進行模擬，運用FLAC3D軟件進行模型構建，并分別對兩種雙側壁導坑法施工方案的隧道支護結構力學性能分析、隧道錨支護結構力學性能分析、塑性區分析，綜合比較選出最佳施工方案。

1 工程概況

大渡河特大橋為1100 m單跨鋼桁梁懸索橋，主纜分跨為（220+1100+253） m，成橋狀態下中跨矢跨比為1/9，主纜橫向中心距為27.0 m，縱向吊索間距為10.0 m。在大渡河特大橋中，雅安岸采用隧道錨，康定岸采用重力錨。雅安岸橋位位于大渡河“U”型拐彎所形成的內凹斜坡，斜坡高約400 m，采用隧道式錨碇;康定岸橋位位于斜坡向前突出的山崗，為一寬緩山包，采用重力錨。橋址如圖1所示。

該處存在著兩條公路隧道，該隧道洞口與橋梁相連接。其兩者的空間位置關系如圖2所示。

隧道錨施工分為三部分，第一部分采用臺階法開挖，第二部分采用CD法開挖，第三部分采用雙側壁導坑法開挖。隧道錨縱斷面施工方法劃分如圖3所示。

2 開挖方案

雙側壁導坑法施工順序不同，可能導致其隧道支護結構力學性能、隧道錨支護結構力學性能，塑性區有所差異，因此需要研究雙側壁導坑法最優施工順序，本文選取了2個方案，具體如下。

2.1 方案一

如圖4所示，其施工分步驟為：①開挖右隧道錨左上部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；②開挖右隧道錨左下部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；③開挖右隧道錨右上部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；④開挖右隧道錨右下部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；⑤開挖右隧道錨中間部分上部土；⑥開挖右隧道錨中間部分下部分。⑦拆除臨時支撐并施做二次襯砌；⑧開挖左隧道錨左上部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；⑨開挖左隧道錨左下部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；⑩開挖左隧道錨右上部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；B11開挖左隧道錨右下部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；B12開挖左隧道錨中間部分上部土；B13開挖左隧道錨中間部分下部分；B14拆除臨時支撐并施做二次襯砌。

如圖5所示。其施工分步驟為：①開挖右隧道錨左上部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；②開挖右隧道錨左下部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；③開挖右隧道錨右上部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；④開挖右隧道錨右下部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；⑤開挖右隧道錨中間部分上部土；⑥開挖右隧道錨中間部分下部分。⑦拆除臨時支撐并施做二次襯砌；⑧開挖左隧道錨右上部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；⑨開挖左隧道錨右下部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；⑩開挖左隧道錨左上部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；B11開挖左隧道錨左下部分，施做初期支護及中隔壁使得支護閉合；B12開挖左隧道錨中間部分上部第 19 頁土；B13開挖左隧道錨中間部分下部分；B14拆除臨時支撐并施做二次襯砌。

3 斷面選取及計算監測點布置

3.1 計算斷面選擇

為使雙側壁導坑法合理工序研究結果具有適用性，計算斷面選取最不利斷面，即隧道錨底部斷面，因為該斷面處兩隧道錨相距最近。計算斷面在工程中所處平面位置見圖6。

3.2 隧道及隧道錨斷面選擇以及計算監測點布置

為確定CD法最佳施工方案，在數值模擬過程中，對隧道及隧道錨的結構內力進行了監測，各監測點在隧道及隧道錨中的位置如下。根據提供資料《瀘定隧道洞身襯砌》，選取圖中Z4型襯砌斷面（圖7）作為建模所采用的隧道斷面。

根據提供資料圖《雅安岸錨碇》以及計算斷面確定隧道錨斷面，斷面如圖8所示，斷面高17.96 m，寬13.82 m。

4 計算模型及參數

隧道模型縱向長度為1 m，即隧道模型為平面模型。考慮到隧道以及隧道錨開挖對周邊2～3D距離的巖體有影響，隧道距模型上邊界的豎直距離為130 m，即上邊界為天然地表面；隧道錨距模型下邊界的豎直距離為40 m；左隧道距模型左邊界的水平距離為33.83 m；右隧道距模型右邊界的水平距離也為33.83 m。模型共43 682個節點，66 480個單元，圍巖采用摩爾-庫倫模型，初期支護和二次襯砌均采用彈性模型進行模擬，臨時支撐采用鋼支撐進行模擬。

計算模型如圖9所示。

本次數值模擬采用模型圍巖條件根據實際工程地質情況，根據地質詳勘報告得到隧道周邊圍巖等級為Ⅳ級，具體的圍巖參數情況如表1所示。

由《瀘定隧道洞身襯砌》參考圖可知，隧道所選斷面的初期支護參數如表2所示。

由所給工程資料可知二襯、鋼支撐參數（表3、表4）。

5 計算結果分析及比較

5.1 隧道支護結構力學性能分析

從表5、表6可以看出，方案1和方案2中左隧道與右隧道特征點的安全系數值差異很小。所以從施工方案對隧道襯砌結構的影響可看出這兩種方案等價沒有優劣之分。

5.2 隧道錨支護結構力學性能分析

從表7、表8可以看出，方案2中左隧道錨和右隧道錨的特征點安全系數均小于方案1左隧道錨和右隧道錨相應特征點的安全系數。因此，從隧道錨二次襯砌力學性能比較結果可得出方案1優于方案2。

5.3 塑性區分析

從圖10可看出，方案2下隧道錨施工后的塑性區面積要稍大于方案1下隧道錨施工后的塑性區面積。因此，從塑性區面積大小可得出方案1優于方案2。

綜合上述分析，方案1為雙側壁導坑法最佳施工方案。

參考文獻

［1］ 陳浩.隧道洞口淺埋段開挖雙側壁導坑法施工技術［J］.江西建材，2023（1）：215-217.

［2］ 黃柳云，韋思達，李俊.等.雙側壁導坑法不同開挖順序對隧道施工期穩定性的影響［J］.廣西科技大學學報，2022，33（4）：8-15.

［3］ 王慨慷.雙側壁導坑法隧道不同工序施工地表沉降規律研究［J］.鐵道建筑技術，2020（6）：113-117.

［4］ 高峰，譚緒凱.雙側壁導坑法施工的大斷面隧道的穩定性分析［J］.重慶交通大學學報（自然科學版），2010，29（3）：363-366，440.

［5］ 黃柳云，李俊，韋思達，等.淺埋超大斷面隧道爆破施工引起的支護結構振動監測分析［J］. 廣西科技大學學報，2021，32（3）：80-85.

［6］ 鄒翀，金星亮，高笑娟，等.超大斷面隧道雙側壁導坑法開挖步序優化［J］. 河南科技大學學報（自然科學版），2017，38（4）：66-71.

［7］ 陳志勇，朱紅西，舒念，等.雙側壁導坑法隧道不同施工階段變形分析［J］.科技和產業，2021，21（7）：292-300.

［8］ 鄧偉，師曉飛，楊果林，等.大斷面隧道雙側壁導坑法數值建模及力學特性分析［J］.公路，2018，63（3）：253-259.

［9］ 李鵬宇，崔光耀，王慶建.基于雙側壁導坑法的TBM先隧后站暗挖施工技術研究［J］. 河南城建學院學報，2020，29（3）：13-18.