某浅埋大跨隧道小净距段中隔墙厚度优化研究

李光凯，于涛源，王春光，于亮

（烟台市公路管理局，山东 烟台 264000）

1 概 述

由于受地形、地质条件限制以及隧道分建带来的展线困难与占地多等因素影响，在城市隧道工程建设中越来越多地选择小净距隧道的结构形式。小净距隧道相对于连拱隧道，施工工艺简单、工程造价节省；相对于普通分离式隧道，可增加路线布线的自由度、减小分离式路基的规模、减少隧道洞口的开挖工程量及有利于环保。因此，小净距隧道对提高交通运输效率、保护与利用自然环境、加快经济建设发展等均有重大的现实意义。小净距隧道是继分离式隧道、连拱隧道后出现的一种适应性较强的新型隧道形式,我国已有一定的成功经验，表现出其良好的安全、经济和实用性。根据国内外成果，确定小净距隧道最小安全净距的基本原则为：在特定地形及埋深条件下、特定的围岩地质条件下、特定的隧道最大开挖宽度、特定的施工方案和特定的支护衬砌型式下，中隔墙不采取额外加固措施，中隔墙的位移和主应力不发生显著变化。提出位移和主应力不发生显著变化的原则是基于以下认识：当左右隧道净距较大，两隧道基本没有相互影响或影响不大，围岩处于弹性应力状态时，应力和变形随隧道净距近似呈直线变化；随着左右隧道净距的减小，应力场和位移场在中间区域发生叠加，围岩出现部分塑性区，这时围岩处于弹塑性状态，应力和位移随净距的变化呈现非线性的关系；当净距减小到一定程度，围岩出现大范围的塑性变形导致破坏，这时应力和变形随净距的减小显著增大，表明围岩丧失了稳定。因此把应力和位移发生突变以前的净距作为小净距隧道的最小安全净距。基于上述思想，本文利用数值分析软件选取烟台市五卒山隧道浅埋大跨小净距段进行数值建模分析，优化中隔墙的厚度指导施工[1-6]。

2 数值建模及参数分析

假定隧道为无限长，隧道开挖变形为平面应变问题，左边界取60 m；右边界取70m；上边界到地表面；下边界-55m，隧道开挖跨度为17.52m，根据经验分别取1.0B(17.52m)、0.75B(13.14m)、0.6B(10.51m)、0.5B(8.76m)、0.4B(7.00m)、0.3B(5.27m)、0.2B(3.50m)(B为隧道的开挖跨度)共计7种净距大小，对隧道施工过程进行施工力学计算分析。以0.75B净距为例，模型节点数为8958，单元数为4356，（如图1）。隧道开挖断面为马蹄形隧道，根据施工组织设计，利用CRD法开挖（如图2）；采取帷幕注浆+工字钢+喷射钢筋混凝土作为初期支护，工字钢+喷射混凝土作为临时支护，岩体物理力学参数（见表1）。

图1 有限差分网格

图2 开挖步序图

3 数值模拟结果分析

通过数值模拟，得到不同净距下中隔墙内各监测点处的最大主应力和合位移变化曲线（如图3-图6）。

图3 不同净距时中隔墙各监测点最大主应力变化曲线

图4 不同净距时中隔墙各监测点最小主应力变化曲线

由图3-图6可以看出，最大主应力在D=0.3B和D=0.5B的时候出现了两次明显的突变，最小主应力在D=0.5B时出现突变，合位移在D=0.3B和D=0.5B时发生突变，由合位移图可以看出，当D=0.3B时，中隔墙和隧道边墙大部分部位产生>15cm的位移，此时中隔墙已经全部进入拉破坏状态，围岩已经失去了承重能力，隧道处于不稳定状态，不能保证隧道的安全建设。

岩体加固前后的物理力学参数 表1

4 结 论

图5 不同净距时中隔墙各监测点合位移变化曲线

图6 不同净距时隧道边墙监测点合位移变化曲线

在采取帷幕注浆+工字钢+喷射钢筋混凝土作为初期支护，工字钢+喷射混凝土作为临时支护，利用CRD工法开挖的条件下，当净距D>0.5B时，中隔墙不会出现最大主应力、最小主应力以及位移的集中；当D<0.5B时，中隔墙会出现最大主应力、最小主应力以及位移的集中。根据应力和位移发生突变以前的净距作为小净距隧道的最小安全净距的原则，取净距D=0.6B，即10.51m。

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