小净距浅埋隧道施工相互影响研究

1、    小净距浅埋隧道施工相互影响研究    李燕杰 焦俊杰摘 要：以岭山隧道为工程依托，通过有限元分析软件midas建立了三维隧道计算模型，结合现场监测数据，揭示了小净距隧道施工中围岩变形及应力变化特征。研究结果表明：后行隧道（右洞）开挖对先行隧道（左洞）拱顶沉降影响较小；左洞右拱腰收敛值随着左洞开挖逐渐增大，随着右洞的开挖有减小趋势；在小径距浅埋隧道施工中，两隧道中间岩体存在应力集中现象，在隧道近接拱腰处围岩应力最大，其中左洞右拱腰水平应力随着右洞的开挖逐渐增大。关键词：小径距；数值模拟；midas；围岩变形；附加应力小净距隧道因比连拱隧道施工简单、

2、造价低等特点1，越来越受设计者所青睐，但其目前还缺乏较为系统的结构设计和施工等经验，在隧道开挖的过程中，两条隧道间围岩应力重分布变化较大，使得支护结构在受力上较为复杂2-4，给隧道的安全施工带来不便，因此，对小净距浅埋隧道进行研究具有一定指导性意义。随着隧道施工水平的提升，小净距隧道逐渐发展起来，许多学者对其也进行了研究，舒志乐等5通过理论分析研究了隧道净距对围岩压力的影响，胡元芳6通过有限元分析给出了仙岳山隧道最小净距的参考值，靳晓光等7以二维数值分析研究了浅埋小净距隧道开挖方式的优劣性。本文以恩施岭山隧道为工程依托，借助有限元分析软件midas对小净距浅埋隧道施工过程进行分析，研究了隧道施

3、工过程中围岩压力及隧道变形的分布规律，并探讨了后行洞施工对先行洞周边附件应力及变形的影响，以期为工程施工提供一定指导。1工程概况岭山隧道为小净距双线隧道，左、右洞长分别为433m和452m，最大埋深约116135m。在出口段隧道埋深在2050m，属于浅埋地段，隧道测设线间距约12m，属于小净距隧道，隧址区出露的地层主要为碎石土及强中风化石灰岩，地下水不甚发育，主要以裂隙水为主，钻孔未揭露到地下水位。隧道开挖采用光面爆破全断面和台阶开挖。2计算模型为减小边界条件对数值计算的影响，选取隧道左右两侧各4倍洞径距离，模型宽度取110m，开挖长度取60m，隧道开挖过程中，每循环爆破3m，在数值计算过程中

4、，为简化计算，左洞先行，左洞开挖完成后再开挖右洞，左右洞各分20次开挖，共有40个开挖循环，根据隧道之间相互位置及钻孔揭露地层情况，将计算模型建立如下：计算模型中围岩参数根据前期勘察资料与室内试验确定，喷射混凝土、钢拱架、锚杆等计算参数根据公路隧道设计规范（jtj d70-2004）等相关规范与相类似工程确定。其中钢拱架采用等效的方法将强度贡献到喷射混凝土层中，其具体计算公式：（1）式中：e是等效喷射混凝土弹性模量，e0是原喷射混凝土弹性模量，eg为钢拱架弹性模量，ag为钢架截面面积，ac为喷射混凝土截面积，喷射混凝土中钢筋网主要起防止喷层开裂拉破坏，计算中不予考虑。导管为超前支护，起到超前加

5、固作用，本计算中也不与考虑。其中hw175型钢截面面积为51.43cm2，hw150型钢截面面积为40.55cm2，材料为hrb335。3计算结果及分析3.1变形分析当两隧道开挖完成后，围岩的最大位移量发生在隧道拱顶处，最大位移量为12.2mm，其中右洞最大位移量略大于左洞，右洞塑形区较左洞大，因地形起伏变化差异，右洞隧道埋深较大，在浅埋小径距施工条件下，右洞围岩压力较大，所受扰动程度大。左右洞拱顶沉降随着隧道的开挖呈现出相同的变化趋势，当开挖到监测断面时，拱顶沉降速率最大，当掌子面远离监测断面约10环时，拱顶沉降趋于稳定并且两洞的最大沉降量相近，最大沉降量约为12.05mm。在开挖左洞时，两

6、拱腰有向外变形的趋势，左洞开挖完成后，左洞右拱腰水平位移达到最大，约为3mm，而左洞左拱腰随着右洞的开挖逐渐增大，表明右洞开挖对左洞产生外挤作用；从右洞拱腰水平位移曲线可以看出，右洞左拱腰在受左洞开挖影响的基础上逐渐向隧道外侧变形，使得水平位移趋于减小，其变化幅度较大，总变化量约2.5mm，右拱腰总体变形趋于平稳，变化幅度较小。为增强对比，以隧道两拱腰的相对位移为研究对象得到变形曲线，左洞拱腰相对水平位移量随着左洞的开挖逐渐增大，随着右洞的开挖逐渐减小，右洞拱腰相对水平位移量随着隧道的开挖呈现递增的趋势，当掌子面到达监测断面时，左右隧道拱腰处均会出现骤变现象，表明隧道开挖到监测断面时对当前及相

7、邻隧道影响较大。3.2应力分析隧道拱顶和拱底处竖向应力较小，在隧道两拱腰处出现应力集中，在右洞左拱腰处竖向应力最大，为2.01mpa。在小径距隧道开挖过程中，拱腰处受水平应力影响较明显，选取左右隧道第十环为监测断面，得到隧道拱腰处围岩的水平应力变化曲线，左洞开挖时，左洞两拱腰处水平应力变化较大，离拱腰越远，围岩应力变化越小，当掌子面达到监测断面时，水平应力接近最大值，其中右拱腰处水平应力大于左拱腰，应力大小分别为0.66mpa和0.61mpa；右洞开挖时，两隧道间围岩体受力较大，左洞右拱腰水平应力呈现增大趋势，而左拱腰受右洞开挖影响较小，应力基本保持不变，右洞开挖完成后，左洞右拱腰处水平应力最

8、大，其次为右洞左拱腰，而左洞左拱腰处水平应力最小，其中最大水平应力为0.71mpa。初衬受力最大处基本上位于隧道两拱腰处，其中最大mises应力约为9.9mpa。4监测对比分析选取左洞拱顶沉降、拱腰收敛及拱腰压力监测数据与数值模拟结果进行对比分析，在监测第35天，右洞掌子面到达监测断面。在实际监测，随着右洞的开挖，左洞拱顶沉降基本保持不变，而拱腰收敛呈现减小趋势，但其变化幅度较数值模拟结果小，实际拱顶最大沉降值和模拟结果较为接近，而实际拱腰收敛最大值大于数值模拟结果，差值约为2mm。左洞拱腰实际监测围岩变化规律和数值模拟结果相近，左洞右拱腰受右洞的影響呈现增加趋势，实际监测中其附加应力约为0.

9、18mpa，数值模拟中其附加应力约为0.05mpa，左洞左拱腰应力受右洞开挖影响小。5结语通过有限元模拟软件midas对浅埋小径距隧道进行数值模拟，得到的结果与实际监测既有相似性也有差异性：（1）随着隧道的开挖，隧道拱顶、拱腰变形值以及围岩应力变化逐渐增大并趋于稳定状态。（2）在数值模拟和实际监测中，右洞的开挖对左洞拱顶沉降影响较小，而拱腰收敛值有减小趋势，数值模拟中较实际监测中变化更为明显。另外，数值模拟和实际监测中拱顶沉降最大值较为接近，为11.5mm，而实际监测拱腰收敛最大值较数值模拟大2mm。（3）在数值模拟中，两隧道中间岩体存在应力集中现象，近接拱腰处围岩应力最大，随着右洞的开挖，左洞右拱腰应力有增大趋势，在实际监测中其变化幅度更加明显，而左洞左拱腰应力基本保持不变。参考文献：1张建. 浅埋双侧偏压小净距隧道围岩压力及施工力学效应研究d.重庆大学，2012.2龚建伍，夏才初，雷学文. 浅埋小净距隧道围岩压力计算与监测分析j. 岩石力学与工程学报，2010，29（z2）：41394145.3肖明清.小间距浅埋隧道围岩压力的探讨j.现代隧道技术. 2004， 41（3）： 710.4彭园，钱江，翟全磊等. midas gts三维数值分析在隧道偏压浅埋洞口段的应用及技术实践j. 公路，2016，06：268274.5舒志乐，刘保县，李月.偏压小净