偏压作用下小间距隧道的施工方法研究

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【摘要】现代都市建设的发展和经济水平提高，人们对交通的要求越来越高，道路建设施工工程不断增多。由于地质环境和路线要求，出现了很多小间距隧道施工。偏压载荷作用下的隧道受荷复杂，在施工的过程中，应根据实际情况进行科学合理的分析，综合考虑安全及经济等因素。本文将围绕偏压作用下小间距隧道的施工方法进行研究。

【关键字】偏压作用；小间距隧道；施工

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

一 小间距隧道的工程简介

1、小间距隧道常见结构形式

隧道平面是在服从路线走向的前提下, 结合隧址区地形、地质、辅助坑道位置( 长大隧道) 、洞口线形、洞外构造物以及环境等因素综合布设, 其布置形式一般有以下3 种: 一是上下行分离式隧道, 二是上下行分离式小间距隧道, 第三种是双连拱隧道或上下双层隧道。对于小间距隧道, 其结构形式根据其在空间的几何位置关系可分为平行小间距隧道、错台式小间距隧道和正交或斜交、重叠、交叠过渡等形式。在目前的公路工程中, 小间距隧道常见的形式为平行小间距隧道。如1998 年建成的招宝山隧道,两隧道之间的净距仅为3.40~ 4.20 m, 为0.28B( 隧道开挖宽度) 。

2、小间距隧道的工程特点

小间距隧道结构形式介于分离式和连拱隧道之间, 在某些条件下小间距隧道的技术可靠性与经济合理性有可取之处。首先, 与双孔平行隧道相比, 它具有两端接线难度较小、占地较少的优点, 但其造价要比普通分离式隧道高一些; 和连拱隧道相比, 同样具备占地相对较少、两端接线相对容易布设的优势,同时还具有施工工艺简单、施工质量易控制、工期较短、工程造价较低等优点。其次, 小间距隧道可以增加路线布线的自由度, 尤其在某些桥隧相连或有特殊要求的条件下, 可以作为解决接线问题的重要手段之一。其三, 采用小间距隧道方案可少占土地, 具有良好的环保效益。双连拱隧道与小间距隧道的主要区别是双连拱隧道是两拱一体结构, 一般将其作为一个整体来分析。其施工工序较多, 工艺流程复杂, 工期长, 造价高。国内双洞四车道连拱隧道中隔墙厚度为1m-2.5 m, 且完全由钢筋混凝土浇注完成, 中隔墙又分为直墙整体式、曲墙整体式以及二次衬砌独立成环的复合式中隔墙等3 种型式。小间距隧道正是试图弥补双连拱隧道之不足, 同时吸取双洞隧道完全分离布置的优势, 是在工程实践中产生的一种结构, 其施工性质属于近接施工, 既体现了完全分离双洞的特点, 又体现了双连拱隧道共享单个􀀁 中夹壁􀀁的特点。考虑到隧道断面形状、尺寸, 双隧道施工的方式方法以及分步开挖扰动的相互影响, 尤其是对中夹壁稳定性影响等的诸多因素, 小间距隧道的净间距取值应比同等条件下的连拱隧道净间距大。

二、偏压作用下小间距隧道的施工过程（以位于陕西省镇安县的长哨隧道为例）

施工方案按照左、右线隧道先后开挖顺序分为两组共六种方案，第一组为先开挖左线隧道、后开挖右线隧道的3种方案。隧道开挖方法说明见表2，方案的施工工步及有限元网格模型如图2所示。第一种方案左线采用明挖．在左线隧道二次衬砌完成后进行人工回填；第二和第三方案中的左线采用盖挖法，在第二步拱顶初期衬砌后立即进行人工回填。第二组在保持单洞开挖工步不变的情况下，只改变两隧道的开挖顺序，即采用先开挖右线隧道，后开挖左线隧道的开挖顺序。各方案对隧道分期开挖、锚喷初期支护和永久支护的全过程进行有限元模拟．分析过程中视围岩为弹塑性材料，围岩所处状态采用德鲁克一普拉格准则进行判定。初始地应力场由自重形成。开挖释放荷载模拟方法采用反转应力释放法，支护受力情况根据实际施工距工作面的距离确定。

三、有关偏压隧道施工应注意的问题

偏压隧道塑性区规律图3给出了先施工左线和先施工右线两种开挖顺序下。六种方案整体施工完成后的隧道结构塑性区分布情况，图中蓝色区为应力状态已达到屈服状态的区域。表3给出了各方案塑性区面积的量值情况。由塑性区分布图发现：

(1)由于山体的偏压作用，无论采用哪种施工方案，围岩塑性区均呈现不对称分布，右线隧道受山体偏压作用较左线隧道明显。

(2)山脚至右线拱顶、右线隧道左仰拱及右边墙区域、左线隧道拱顶区域，出现塑性区的几率较大。

(3)先施工右线线隧道与先施工左线隧道相比，减少了塑性区面积，由表3可见，最大降幅达到30．3％，可见存在偏压时。采用何种开挖顺序，直接影响围岩的塑性区情况。

(4)虽然各方案出现面积大小不等的塑性区，但初次支护和二次支护在整个施工过程中始终处于弹性状态。

2、偏压隧道变形规律

由计算结果发现，在偏压作用下，深埋侧的隧道周边位移要明显大于浅埋侧，且深埋侧受偏压影响较明显．表现在右线隧道周边位移分布不对称，右线右拱腰至边墙位移向外扩张；隧道周边最大位移均发生在右线拱底，由于各方案变形趋势类似，给出方案l整体施工后的位移矢量图，放大系数为8倍，如图4所示。

由位移矢量图也可以看出，这种复杂受力下，围岩，尤其是两隧道之间围岩。容易发生向浅埋一侧的偏移。以下着重考察两隧道之间围岩的水平偏移情况。故对各方案均选择两隧道之间围岩中线上近拱角与近仰拱的两个关键点进行比较分析，结果见表4。

由表4可以看出：

(1)关键点水平位移量值均为正值，说明偏压作用下。两隧道间围岩向浅埋一侧侧移偏向．且近拱腰关键点的侧移大于近仰拱的关键点侧移。

(2)先施工深埋一侧的隧道，可以减少隧道间围岩的侧移偏向。最大降幅可达39．04％，也说明了这种偏压作用下，先施工深埋侧隧道的合理性。

(3)盖挖法与明挖法相比，关键点的水平侧移相对较小，尤以右线采用侧壁导洞开挖方式的方案水平侧移值最小；就对两隧道之间围岩的扰动来看，侧壁导洞的开挖方式相对较利于围岩结构的稳定性。

3、施工要点小姐结

(1)偏压载荷作用下，先施工深埋侧隧道、再施工浅埋侧隧道可以有效降低塑性区面积、减少隧道间围岩向浅埋一侧的偏移。浅埋侧隧道及时做人工回填．即暗挖优于明挖的开挖方式。同时保证回填质量，可以有效减少隧道周边及两隧道之间围岩的侧移变形。

(2)右线隧道受偏压作用的影响更大，表现在应力位移均大于左线隧道。因此，在右隧道施工时更应严格执行设计方案。紧跟施工掌子面及时进行支护，并确保施工质量。

四 总结

关于小间距隧道相关问题的研究仍需大量的依托工程进行深入研究与检验, 需要本领域的同仁们进一步地思考、关注和探索。如对最小临塑净距、最小设计净距的计算公式, 小间距隧道容许位移( 警戒值) 的计算公式, 中夹墙加固技术与爆破影响, 以及提出的一些设计理念、环保进洞技术等等, 均有待进一步的工程实践检验与补充完善。

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