公路小净距隧道施工方法研究.docx

公路小净距隧道施工方法优化研究
摘要建立平面弹性模型，模拟分析了小净距隧道在不同开挖方法下，结构的应力场和围岩位移场的变化规律。得出了小净距隧道较好的开挖方法是双侧壁导坑法
关键词小净距隧道中夹岩位移场引力场数值模拟
1前言
公路隧道其常用的结构形式主要有双孔分离式隧道、小净距隧道、连拱隧道三种。小净距隧道结构介于独立双洞和连拱隧道之间，能够充分发挥两洞间围岩的自承能力，完全符合新奥法的设计思想。较独立双洞隧道，小净距隧道具有连线难度小、占地少等特点；和连拱隧道相比，小净距隧道具有工期短、施工质量易控制以及造价低等优点，目前国内常用的双洞小净距公路隧道的施工方法主要有单侧壁导坑法、双侧壁导坑法和超前导洞预留光爆层法以及台阶法等。中夹岩的加固是小净距隧道施工中的关键技术，也是小净距隧道设计理念的精髓，中夹岩的稳定性直接控制小净距隧道设计的成败【28】，因此，设计时保证中夹岩有足够的强度和稳定性，尽可能维持两个隧道围岩、衬砌承载体系的独立性和完整性。小净距隧道开挖方法直接影响到中夹岩稳定性、隧道施工安全、工程进度和工程费用，设计中如何选择合适的施工工序是每位设计者必须慎重面对的问题。本文以二类围岩浅埋，两洞净距10米为例，对小净距隧道开挖方法单侧壁导坑法、双侧壁导坑法以及台阶法进行数值模拟，探讨采用不同方法开挖小净距隧道围岩位移场和结构的受力变化规律，以期找到修建小净距隧道的合理开挖方法。
2开挖方法介绍
2.1单侧壁导坑法
单侧壁导坑法施工工序如图3-1所示：
（1）左洞右侧开挖；（2）左洞右侧支护；（3）左洞左侧开挖；（4）左洞左侧支护；（5）左洞仰拱浇注；（6）左洞防水板铺设二衬浇注；（7）右洞左侧开挖；（8）右洞左侧支护（9）右洞右侧开挖；（10）右洞右侧支护；（11）右洞仰拱浇注；（12）右洞防水板铺设二衬浇注。
图1
2.2双侧壁导坑法
双侧壁导坑法施工工序如图3-2所示：
（1）左洞右侧导坑开挖；（2）左洞右侧边墙支护;（3）左洞左侧导坑开挖；（4）左洞左侧边墙支护；（5）左洞中槽开挖；（6）左洞拱部支护；（7）左洞仰拱浇注；（8）左洞防水板铺设及二衬浇注；

（9）右洞左侧导坑开挖；（10）右洞左侧边墙支护;（11）右洞右侧边墙开挖；（12）右洞右侧导坑支护；（13）右洞中槽开挖；（14）右洞拱部支护；（15）右洞仰拱浇注；（16）右洞防水板铺设及二衬浇注。
图2
2.3台阶法
台阶法施工工序如图3-3所示。从图中可以看出该工序共有13步：
(1)开挖左洞上台阶；（2）左洞拱部初期支护；（3）开挖左洞下台阶；
（4）左洞边墙支护；（5）左洞仰拱浇注;(6)左洞防水板铺设及二衬浇注；（7）右洞上台阶开挖；（8）右洞拱部支护；（9）右洞下台阶开挖；（10）右洞边墙支护；（11）右洞仰拱浇注；（12）右洞防水板铺设及二衬浇注。

图3

3计算假定及模型
本文计算模型为线弹性平面应变模型，岩体的初始应力场仅考虑自重应力，只考虑一次衬砌和二次衬砌，锚杆和钢拱架认为是安全储备，地应力分步释放，开挖释放30％，初期支护完成后释放40％，二次衬砌完成后释放其余30％。围岩和混凝土的物理力学参数根据《公路隧道设计规范》中相应参数确定。不计中墙配筋。各类计算参数见表1。
有限元计算物理力学参数表1
材料类型弹性模量E（GPa）泊松比μ容重γ（KN.m-3）备注C2026.00.222体荷载G
取10C2528.50.223Ⅱ19001.20.4
4开挖过程的数值模拟计算
在用ANSYS程序对小净距隧道的上述三种开挖方法分别模拟其动态施工过程时，根据有限元数值计算的特点，对三种方法的施工工序作了必要的简化，简化后的工序分别列入表2

表2三种开挖方法施工工序
开
挖
方
法
施
工
工
序

单侧壁导坑法

双侧壁导坑法

台阶法Step1计算自重应力场计算自重应力场计算自重应力场Step2左洞右侧导坑开挖左洞右侧导坑开挖左洞上台阶开挖Step3左洞右侧导坑支护左洞右侧导坑支护左洞拱部支护Step4左洞左侧导坑开挖左洞左侧导坑开挖左洞下台阶开挖Step5左洞左侧导坑支护左洞左侧导坑支护左洞边墙支护Step6仰拱及二衬浇注左洞中槽开挖左洞二衬及仰拱浇注Step7右洞左侧导坑开挖左洞拱部支护右洞上台阶开挖Step8右洞左侧导坑支护左洞二衬及仰拱浇注右洞拱部支护Step9右洞右侧导坑开挖右洞左侧导坑开挖右洞下台阶开挖Step10右洞右侧导坑支护右洞左侧导坑支护右洞边墙支护Step11右洞二衬及仰拱浇注右洞右侧导坑开挖右洞二衬及仰拱浇注Step12右洞右侧导坑支护Step13右洞中槽开挖Step14右洞拱部支护Step15右洞二衬及仰拱浇注
5计算结果分析
5.1中夹岩位移场分析
小净距隧道结构的稳定性主要是两洞间中夹岩的