铁２６ 道建筑 ０ｃｔｏｂｅｒ。２０１ １ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号：１００３．１９９５（２０１ １）１０—００２６。０３ 偏压小净距隧道合理施工工序的探讨 郝文洲 （中铁十五局集团公司，河南洛阳４７１０１３） 摘要：采用数值分析手段，针对偏压状态下小净距隧道的不同施工工序进行了分析。研究显示，采用 “先外后里”较之“先里后外”的施工工序，围岩一初衬的受力分布更加均匀、合理，施工中可以利用施工 偏压来抵消地形偏压的影响。 关键词：小净距隧道施工工序 先外后里 先里后外 中图分类号：Ｕ４５５．２ 文献标识码：Ｂ 近年来，随着交通基础设施的快速发展，各种复杂 地形、地质条件下的山区公路建设中遇到大量的隧道 析以改善结构受力很有必要。分析中针对偏压段小净 距隧道方案拟采用不同开挖顺序——即“先里后外” 和“先外后里”的施工工序，以探求围岩及结构在上述 不同施工工序下的力学行为，以期通过施工工序的合 理组织来抵消地形偏压的影响 。 根据上述研究目的，采用平面应变方式，建立的模 工程。因地形条件、线路总体线形要求或特殊的 桥隧相连等情形，双洞隧道左右线间距往往不能达到 规范要求，通常需要采用小净距或连拱等特殊隧道结 构形式。上世纪末到本世纪初，国内相继修建了不少 的连拱隧道工程，主要集中在云南、浙江、贵州、福建等 省区。从连拱隧道的实施效果看，连拱隧道存在结构 复杂、施工工序转换多、防排水质量不易保证等问题。 近年来通过一些研究工作的开展和施工工艺的改进， 型如图１所示，计算中采用Ｄ—Ｐ屈服准则。考虑到 偏压的存在，计算中，初衬采用梁单元（ｂｅａｍ），二衬采 用平面单元（ｐｌａｎｅ）。因开挖均处于微风化花岗岩中， 岩性条件较好，自承载能力较高，分析中让围岩承受较 多的外部荷载。据《公路隧道设计规范》 拟让围岩 承担７０％荷载，初衬承担３０％荷载，二衬作为安全储 备。对于锚杆的加强作用，考虑到微风化花岗岩致密 性较好，上述加固对于提高参数效果不明显，依据《公 路隧道设计规范》，仅将内聚力及弹模提高了３０％，其 余不变。计算中，采用“生”与“死”单元控制隧道开 挖¨ 。具体建立的模型如图１所示。 这些问题也在逐步得到解决。相对而言，小净距隧道 因其工程风险较小、造价相对较低等优点，逐步得到了 广泛应用并相继开展了大量的研究与探索，已逐步积 累了一定的施工及设计经验。诸如中岩墙的加固技 术、主体结构设计参数选取、爆破控制标准制订、施工 开挖方法等 。但小净距隧道多数处于洞口浅埋地 区，该位置处由于受地形影响往往存在偏压现象。在 此状态下，同修建连拱隧道相似，如何在施工中利用合 理的施工工序来有效抑制地形偏压带来的不利影响， 使得支护结构受力更加合理，保障隧道施工安全等问 题尚待进一步探讨。。。 。 有鉴于此，本文以在建的某市政隧道为依托，针对 洞口段的偏压地形开展合理施工工序研究，以期指导 设计与施工。 １ 数值分析基本思路及模型参数的建立 因地形影响，小净距隧道洞口将存在一定的偏压 而使结构受力不利，因此，针对施工工序进行深入的分 收稿日期：２Ｏｌ１．０４—２１；修回日期：２Ｏｌ１－０６．２９ 作者简介：郝文洲（１９７２一），男，河南鲁山人，高级工程师，硕士。 图１计算模型 ２ 计算结果 ２．１ 围岩的位移及应力分析 通过计算，获取了不同施工工序时最终状态下围 岩位移及应力云图如图２和图３所示。从获取的不同 ２０１１年第１０期 偏压小净距隧道合理施工工序的探讨 ２７ 开挖工序下最终围岩位移、应力云图可知： １）无论是“先里后外”还是“先外后里”的开挖方 式，均存在明显的偏压现象。竖向位移方面，地表及拱 顶将产生下沉，拱底将产生向上的隆起。从分布趋势 来看，覆盖层较厚的左洞（靠内侧）明显偏大，右洞（外 侧）相对较小。受偏压影响，最大下沉及隆起量均发 位移略优于“先里后外”。 ２）从隧道开挖后围岩的主应力云图来看，不同开 挖工序下围岩的最终应力分布状态基本一致。受偏压 影响，主应力云图也存在明显的偏压态势，且在拱脚处 产生了明显的应力集中现象，其中左拱脚处受力明显 大于右侧拱脚，左洞受力明显大于右洞。由于小净距 隧道中岩墙间距较小，应力在中岩墙处产生了叠加效 应，使得该处围岩处于相对不利的受力状态。施工中 生在左洞拱顶及拱底位置。水平位移方面，最终状态 下围岩的水平位移分布也呈现出明显的偏压态势，具 体来讲，左右洞围岩水平位移均呈现非对称状态，其中 左拱肩的位移量明显大于右拱肩，右拱脚的位移量明 显大于左拱脚。就左、右洞而言，右洞左拱肩及左洞右 拱脚位移量也明显大于相对应位置处。因围岩岩性较 为安全计，建议应采取适当的加固措施。就应力量值 而言，隧道开挖后围岩最大拉应力仅达０．１５ ＭＰａ，最 大压应力也仅为３．０ ＭＰａ，远小于围岩的抗拉压强度。 比较两种不同施工工序下围岩受力量值及分布云图来 看，“先外后里”的开挖方式下围岩受力相对更加均衡 一好，位移量值总体较小，最大不足１ ｍｍ。比较两种不 同开挖方式下竖向位移可知，“先外后里”的开挖方式 些，但二者差别不大。 （ａ）“先里后外”开挖位移 （ｂ）“先外后里”开挖位移 图２竖向位移云图（单位：ｍｍ） （ａ）“先里后外”开挖 ｆｂ）“先外后里”开挖 图３第一主应力云图（单位：Ｐａ） ２．２支护结构应力分析 安全性的主控因素，故此，分析中重点对其加以讨论。 从轴力分布状态来看，隧道开挖后，初衬拱肩至拱脚部 通过计算，获取了最终状态下的初期支护轴力、弯 矩云图如图４和图５所示。 位以承受压力为主，拱顶及拱底以承受拉力为主，受地 形偏压影响，轴力呈现明显的偏压状态。其中中岩墙 １）从图中可以看出，随着开挖方式的变更，初衬 的受力状态发生相应的变化。因受偏压影响，初衬受 力分布明显呈不均匀态势，综合比较轴力、弯矩及剪力 量值来看，初衬所受轴力明显大于剪力和弯矩，成初衬 处初衬轴力明显大于衬砌外侧，在“先里后外”开挖方 式下，内侧隧道初衬轴力明显大于外侧隧道，而在“先 外后里”开挖方式下，轴力则呈现相反的分布特征。 ２８ 铁道建筑 ｓ９ Ｏ０ —｛ 。２Ｏ２９１０３ｓ—５７｛ｓ０Ｏ一４ｌ９８６９—３ｑ２ｓ５ｑ一２ ６ｓ２３ｅ１８７９２３一ｌ１Ｏ６０＇一＾ｑＯ２４ ３３２９２ １ｚ１３３９ ５ｚＯ５ｌｚ３６７ｓ２８ｚ１．１５４３ ４９ １８５（ａ）“先里后外”初衬轴力 （ｂ）“先外后里”初衬轴力 图４初衬轴力（单位：Ｎ） ｆｌ ２２７９ｑ ｌＩ，ＩＭ￣－７９４一—ｓ。１ 。 、 』『 －９１３＾ 一ｌ２５４９ —５７ｉ９ 一２３０４ ｉｌ１１ ４ＳＺ ６ ｉ ａＩ ｎ ｆ Ｉ ｌ ＨＩＨ－一ｚ３６５４ ＥＬＥＨ＝ｌ３７８ ＝８７６４ ， 。 一１５９６ １９３７９ 一１２日 １ 一Ｓ６３３ １Ｓ７６ （ａ）“先里后外”初衬弯矩 ｆｂ）“先外后里”初衬弯矩 图５初衬弯矩（单位：Ｎ・ｍ） ２）将轴力、弯矩转换为初衬的最大最小主应力后 可知，隧道开挖后，初衬以承受压应力为主，但个别部 位承受较大拉应力。具体表现在拱肩及拱底处承受较 参 考 文 献 ［１］郑国平，杨健，高翔．双洞双向８车道公路隧道的方案比选 ［Ｊ］．交通科技，２００６（３）：３５—３８． 大拉应力，最大达２．２０ ＭＰａ，超过混凝土抗拉强度，将 可能导致裂缝的出现。受偏压影响，内侧隧道拱肩受 力明显大于外侧隧道，最大压应力呈现出与轴力相同 的分布特征。 ３）比较两种不同的开挖方式可知，采用“先外后 里”较之“先里后外”开挖方式，初衬的受力分布更加 ［２］乔春江，朱光仪．超小净距隧道的设计与研究［Ｊ］．公路， ２００６（７）：１７９—１８４． ［３］姚勇，何川，张玲玲．紫坪埔隧道小净距段现场监测试验研 究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１０，２９（增１）：３２９５—３３００． ［４］谢卓雄，姚勇，何川．小净距隧道围岩应力分布规律及稳定 性研究［ｃ］／／地下铁道新技术文集．成都：西南交通大学出版 社，２００３：５６３—５６７． 均匀、合理。 ４）二衬因计算中作为安全储备，受力相对较小， 但从表现特征来看，二衬基本呈现与初衬相同的分布 特征，故不再赘述。 ［５］王正明，汪波，黄强．小净距隧道围岩受力特征的研究［Ｊ］． 工程与建设，２００６，２（２Ｏ）：１５７—１５９，１６１． ［６］彭琦，罗威，李亮．浅埋偏压小净距隧道施工力学数值分析 ［Ｊ］．铁道建筑，２００９（１２）：３４—３７． ３ 结语 通过对偏压状态下小净距隧道不同施工工序的分 析，得出如下结论： １）无论是“先里后外”还是“先外后里”的开挖方 式，受地形偏压影响，位移、应力均呈现出明显的非对 称状态，围岩一结构处于不利的受力状态。 ［７］张志强，何川．连拱隧道中隔墙设计与施工力学行为研究 ［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，２５（８）：１６３２—１６３８． ［８］关宝树．隧道工程设计要点集［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２００３． ［９］中华人民共和国交通部．ＪＴＧ Ｄ７０－－２００４公路隧道设计规 范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４． ［１０］潘昌实．隧道力学数值方法［Ｍ］．北京：中国铁道出版社， 】９９５． ２）比较两种不同的开挖方式可以看出，采用“先 外后里”较之“先里后外”的施工工序，围岩～初衬的 受力分布更加均匀、合理，此结论与偏压连拱隧道是基 本一致的，可利用施工偏压来抵消地形偏压的影响。 （责任审编赵其文）
