小凈距隧道施工穩定性探究

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摘要：小凈距隧道施工中極易導致隧道變形過大、支護開裂、甚至二次襯砌開裂等問題，為減小相鄰隧道施工對地層的相互擾動，確保施工安全和結構質量，選擇合適的施工方法非常重要，本文依托某地鐵區間隧道小凈距段，研究施工方法對小凈距隧道的受力特性和穩定性的影響，從而提出合理的小凈距隧道施工方法，為今后類似工程的施工提供指導。

關鍵詞：小凈距隧道；施工安全；穩定性

1工程概況

某地鐵區間隧道起點里程為K18+676.38，終點里程為K19+808.6，右線全長1132.22m，左線全長1137.576m。該地鐵區間隧道小凈距段左側隧道凈高8.44m，凈寬8.00m，右側隧道凈高10.056m，凈寬12.365m。圍巖以Ⅳ、Ⅴ級為主，地質條件較差，中夾巖柱體的厚度為0.309~0.58m。巖柱體將不可避免的形成貫通的塑性區，嚴重影響圍巖的穩定性，小凈距段隧道橫斷面示意圖如圖1所示。

2計算模型及施工方案確定

本次計算選取埋深取20m，Ⅴ級圍巖凈距0.35m段，采用有限元專業軟件MIDAS-GTS進行數值模擬分析，邊界條件的確定嚴格按照隧道力學的理論分析結果，在充分考慮隧道附近地質環境的基礎上，盡量減少“邊界效應”的前提下，計算模型在隧道橫斷面方向左右分別取90m，下邊界也取90m，上邊界取至地表。施工方案選取兩種，左右洞室均采用臺階法開挖為方案一，左洞采用臺階法開挖，右洞采用CRD法為方案二，計算工況如表1所示。計算分析圍巖物性指標采用現行的《鐵路隧道設計規范》(TB10003--2005)取值，拱頂150o范圍采用小導管超前支護，邊墻采用系統錨桿支護，中夾巖柱注漿、對拉錨桿加固，加固后圍巖和噴混凝土支護采用提高圍巖參數的方法來進行模擬，計算參數如表2所示。

3計算結果分析

3.1地表沉降右線采用不同施工方法的地表沉降變形結果如圖3所示。當采用方案一施工時，右側隧道施工引起地表沉附加沉降值值為1.62mm，累計作用施工地表沉降值為2.12mm。當采用方案二施工時，右側隧道施工引起地表沉附加沉降值值為1.30mm，累計作用施工地表沉降值為1.80mm。右線隧道采用CRD法施工引起地表附加沉降和累計地表沉降變形小于臺階法。

3.2隧道洞室位移采用方案一施工時，累計隧道洞內變形如表3所示，地層豎直位移和水平位移云圖如圖4和圖5所示。其中左、右洞拱頂下沉最大沉降值分別為3.88mm和5.07mm，而左、右洞隧底隆起分別為4.22mm和5.89mm；中間巖柱向左側先行施工隧道水平位移分別為1.77mm。當采用方案二施工時,累計隧道洞內變形如表3所示，地層豎直位移和水平位移云圖如圖6和圖7所示。其中左、右洞拱頂最大沉降值分別為2.85mm和4.67mm，左右線隧道隧底隆起分別為4.15mm和5.63mm，中間巖柱向左側先行施工隧道水平位移1.24mm。可見，右線隧道采用方案二施工引起洞內變形小于方案一。

3.3支護結構內力當采用方案一施工時，隧道支護結構內力見圖8~圖9，由圖示可知，軸力和彎矩的最大值均在中夾巖柱處，軸力的最大值為381.08kN，彎矩的最大值為73.24kN·m。當采用方案二施工時，護結構內力見圖9~圖10，由圖示可知，軸力和彎矩的最大值均在中夾巖柱處，軸力的最大值為347.65kN，彎矩的最大值為53.98kN·m。

3.4中夾巖柱及地層應力狀態采用方案一施工時，隧道施工結束后中夾巖柱的最大、最小主應力如圖11，圖12所示。地層的最大、最小主應力如圖13、圖14所示。由圖示可知整個中夾巖柱均受壓，最大主應力最大值0.5MPa，最小主應力最大值為2.61MPa。采用方案二施工時，隧道施工結束后中夾巖柱的最大、最小主應力如圖15，圖16所示。地層最大、最小主應力云圖如圖17，圖18所示。由圖示可知整個中夾巖柱均受壓，最大主應力最值0.4MPa，最小主應力最值為2.52MPa。

4結論及建議

（1）通過地表沉降、隧道洞室位移、支護結構內力以及中夾巖柱及地層應力狀態等方面進行分析可以知道：上下臺階法(方案一)較不利，上下臺階與CRD組合法(方案二)比較有利，所以建議在施工時將方案二作為首選施工方案。（2）隧道施工過程模擬計算時兩種方案中夾巖柱塑性區均貫通。（3）建議小凈距隧道在施工時應在左側隧道二襯完全施做后再采用CRD法開挖右隧道。（4）本計算在模擬施工工程中均未考慮爆破振動的影響，建議采用隧道爆破振動控制技術。

參考文獻：

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作者:付迎春 付長春 周國華 單位:石家莊鐵路職業技術學院