浅谈连拱隧道动态施工数值模拟分析

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摘 要：近年来，随着我国社会经济的发展和技术条件的不断进步，尤其是在我国西部大开发战略的进一步实施，我国高等级公路呈现出飞速发展的局面，公路隧道数量日益增多。在山区狭窄地带等特殊地形条件下，采用分离式隧道线路较为困难且造价高昂，于是产生了双连拱隧道形式。文章以腰子坡连拱隧道为研究背景，通过运用大型通用有限元软件ANSYS，建立了隧道穿越V级I型围岩地段的二维弹塑性有限元模型，进行施工力学平面的数值模拟，得到隧道中墙应力、围岩应力和位移、拱顶下沉、地表沉降值以及支护、衬砌的内力值以及上下台阶开挖方式对这些值的影响。

关键词：公路；连拱隧道；施工力学；数值模拟

中图分类号：U456 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）14－0004－03

随着我国西部大开发进一步向纵深发展，高速公路面临前所未有的发展机遇，受地质条件和场地条件的限制，特别是桥隧连接线困难，连拱隧道这一新型的隧道结构形式应运而生，并得到了广泛应用，其原因是，因为它在土地价格昂贵，路线分离困难等方面具有优势。但由于山区的地质条件复杂和连拱隧道结构形式的复杂性，且连拱隧道高跨比很小（一般H/B＜0.40），比较扁坦，其结构受力复杂，施工工艺复杂，且对施工工艺和程序有严格要求，若结构分析不合理或施工方法与工艺不当将极有可能造成连拱失败、大面积跨塌等危害，尤其在复杂条件下，轻则可能造成进度缓慢，影响全线工程工期，大量增加投资，重则可能造成隧道报废而需另选线路；同时在修建连拱隧道时辅助项目较多，临时工程较大，其成本是分离式隧道的3倍左右，这样导致修建连拱隧道偏少，开展相关的理论研究也

较少，因而对连拱隧道的结构分析理论、施工工艺控制以及动态施工力学的研究也很不完善。本文以腰子坡隧道为依托工程，采用有限元法对偏压浅埋连拱隧道的施工过程进行了数值模拟分析，针对隧道开挖过程中的不同受荷情况，模拟左右隧道开挖的相互影响、中墙的受力特点、围岩和支护结构的相互协同性以及围岩位移、拱顶下沉、地表沉降的变化规律等，并与现场监测值进行对比，以验证实测和理论计算结果，指导复杂条件下连拱隧道的设计和施工。

1 工程概况

腰子坡隧道位于贵阳市花溪区猫洞乡大坡村，隧址区属丘峰洼地地貌单元，属剥蚀－构造类型之背斜脊状山峰。隧道进出口端山坡坡度30°左右，与地层倾向反向缓倾斜，隧道轴线与地层走向基本垂直，夹角70～80°之间。最大海拔高程1 180 m，进口端标高1 155 m，出口端标高1 150 m，相对高差介于30～25 m，隧道最大埋深28.00 m。植被较发育，以松杉为主。根据工程地质调绘及钻探结果，隧址区出露地层主要为二叠系上统