贵阳轨道交通区间隧道悬臂掘进机施工工法研究

莫忠毅 刘远明 马智理

摘 要：贵阳轨道交通工程通区间隧道是建设工程中的难点。贵阳轨道交通3号线区间隧道主要采用悬臂掘进机施工。依据贵阳市轨道3号线某区间隧道施工方案，对贵阳市轨道交通区间隧道悬臂掘进机施工工法数值模拟分析。研究成果可为类似工程提供参考。

关键词：轨道交通;隧道;悬臂掘进机;数值模拟;施工工法

1 工程概况

贵阳轨道交通3号线某标段区间隧道左线长度1 009.343 m;右线长度1 001.465 m。左右线间距为11.0 m～19.0 m，隧顶埋深约6.7 m～117.8 m。沿线岩体结构以层状岩体为主，围岩为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，衬砌类型为复合式衬砌。采用悬臂掘进机法施工。

2 建立数值模型

2.1 数值模型

建立数值分析模型时，隧道埋深取为30 m，隧道两侧单元取至隧道外轮廓30 m，如图1。岩土体采用摩尔库伦本构模型，支护结構考虑材料的弹性模量和泊松比，喷射混凝土厚度为23 cm、强度为C20。锚杆可将周边的岩体连接为一个加固区，经过锚杆等效原则后它能够提升围岩的E、c、值。以IV级围岩为例，其力学参数见表 1。

2.2 开挖方法

建模完成后，先模拟地应力的释放，再进行初期支护，最后模拟悬臂掘进机开挖。基于贵阳轨道交通3号线实际的工程地质情况，全断面法每一次掘进2 m，由下至上左右循环依次开挖。二台阶法采用超前开挖，上台阶超前2 m。

隧道总掘进16 m，以2 m长度为一个开挖区间，共设定8个特征断面，依次为C1～C8，每个特征断面对应的初期支护依次分为T1～T8。对于C3断面，在拱顶设置8个监测点，拱腰附近设置12个监测点，监测围岩变形。测点布置说明见图2。

3 施工工法力学特性数值模拟分析

3.1 围岩变形

以特征断面C3为例，全断面法、二台阶法的拱顶沉降值依次是1.57 mm、1.61 mm。两种工法各个部位水平位移比较见表2，围岩变形趋势是拱顶下沉伴随两侧拱腰收敛同时仰拱向上隆起。

3.2 塑性区

全断面施工法与二台阶法施工法引起的塑性区见图3～4。围岩产生的塑性区主要分布在左右侧，全断面施工工法塑性区的塑性应变值较大，二台阶施工工法则较小。

3.3 初期支护弯矩与轴力

以T3初期支护为例，在隧道的拱顶、拱肩、拱腰、拱脚和拱底设置监测点进行监测，各测点弯矩与轴力值见表3～4。全断面法各测点的弯矩值比二台阶法相对应测点的弯矩值大;轴力值表现出同样的规律，全断面法各测点的轴力值较二台阶法产生的轴力值要大。

4 小结

本文采用数值模拟方法分析了贵阳轨道交通区间隧道施工采用悬臂掘进机时， 全断面法与二台阶法在围岩变形、塑性区、初期支护的弯矩与轴力上的差异，主要结论如下：

（1）全断面法施工产生的位移比二台阶法产生的位移大。两工法最大收敛均小于0.7%，拱腰收敛符合要求。最大塑性应变值全断面施工工法施工法比二台阶施工工法要大。

（2）初期支护产生的轴力，全断面施工法较大，二台阶施工法较小。在拱肩部位两种施工工法都表现为最大正弯矩，在拱脚部位都表现为最大负弯矩。

参考文献：

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