林鋒 陶家清 高恒潮 張洋語(yǔ) 潘英東 王峰

中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院

摘 要：以龍泉山一號(hào)特大斷面泥質(zhì)軟巖隧道淺埋段為工程背景,，首先采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的方法對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,，再通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,，驗(yàn)證了所采用計(jì)算參數(shù)的合理性，同時(shí)對(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CD法施工時(shí)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力及變形特征展開(kāi)深入研究,，進(jìn)一步分析CD法的適應(yīng)性,。研究結(jié)果表明：CD法拱頂沉降和斷面水平收斂分別為37.8 mm和42.1 mm,較雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分別增大5.6 mm和11.1 mm,但仍小于控制變形量；兩工法支護(hù)結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力均主要集中分布在仰拱,，其中最大拉應(yīng)力在仰拱左側(cè),，隧道左拱腰和左拱肩壓應(yīng)力較大；CD法初期支護(hù)最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力分別為2.33 MPa和10.74 MPa,較雙側(cè)壁分別增大1.87 MPa和3.21 MPa, CD法錨桿最大軸力達(dá)到64.5 kN,比雙側(cè)壁導(dǎo)坑法減小20.7 kN;兩工法塑性區(qū)主要位于兩側(cè)拱肩及拱腳位置,，CD法塑性區(qū)面積相較于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法增大,。根據(jù)二者工法對(duì)比,，CD法能夠滿(mǎn)足施工安全要求，同時(shí)可為類(lèi)似工程提供參考,。

關(guān)鍵詞：隧道工程;特大斷面;施工力學(xué);雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;CD法;泥質(zhì)軟巖;

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,，交通擁堵已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。普通的兩車(chē)道隧道已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通量需求,，單洞三車(chē)道甚至四車(chē)道的特大斷面隧道不斷涌現(xiàn),。公路隧道正在朝著大斷面、低扁平率的方向發(fā)展,。

特大斷面隧道由于跨度大斷面扁平率低,，隧道施工影響因素多，工序較為繁雜,，隧道施工力學(xué)行為更為復(fù)雜,，對(duì)施工的安全性要求也更高[1]。目前,，針對(duì)特大斷面隧道施工方法的研究主要集中在臺(tái)階法,、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法),、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法[2,3,4],。針對(duì)這些工法，張鐵柱[5]通過(guò)對(duì)CRD及雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工段隧道受力變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,，研究了特大斷面小凈距隧道的力學(xué)響應(yīng),，該隧道場(chǎng)地內(nèi)主要分布有頁(yè)巖與石英砂巖。李松濤等[6]通過(guò)對(duì)比分析七沖村一號(hào)特大斷面隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法與CD法開(kāi)挖圍巖變形及結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),，確定了最優(yōu)施工方案,。陳雪峰等[7]對(duì)深埋大斷面公路隧道分別采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法、導(dǎo)洞法,、單側(cè)壁導(dǎo)坑法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等4種不同的開(kāi)挖方法進(jìn)行了數(shù)值模擬,，從而確立了最優(yōu)開(kāi)挖工法，隧址區(qū)圍巖主要為板巖夾石英巖,。劉夏冰等[8]依托杭紹臺(tái)高鐵下北山2號(hào)淺埋超大跨隧道,，隧址區(qū)圍巖以凝灰?guī)r為主，采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法,，對(duì)Ⅴ級(jí)圍巖在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖下初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征和分步施工下圍巖壓力計(jì)算方法進(jìn)行了研究,。鄭少華等[9]以拱北隧道為背景，隧道穿越地層主要為花崗巖,，通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究暗挖段采用六臺(tái)階開(kāi)挖方案時(shí),，隧道各部開(kāi)挖引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力、變形及對(duì)地表的影響情況等。施有志等[10]以牛寨山雙洞八車(chē)道公路隧道為背景,，該隧道洞身圍巖由花崗巖組成,，采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)大斷面隧道在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工下的力學(xué)特征及其動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究。周丁恒等[11]對(duì)龍頭山特大斷面隧道進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析,，研究了采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時(shí),，不同施工工序下隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性態(tài)，隧道洞身圍巖主要為花崗巖,。通過(guò)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)目前已修建的大斷面公路隧道跨度集中在18～25 m之間,，地層巖性以花崗巖、灰?guī)r,、砂巖等硬質(zhì)巖為主,，主要采用的施工工法為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。然而近年來(lái),，軟巖地質(zhì)條件下的特大斷面公路隧道修建的越來(lái)越多,，針對(duì)軟弱圍巖特大斷面公路隧道施工力學(xué)行為的研究尚十分欠缺，CD法在軟弱圍巖條件下的適應(yīng)性尚未可知,。

本文以龍泉山一號(hào)大跨泥質(zhì)軟巖隧道淺埋段為研究對(duì)象,，采用現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，重點(diǎn)對(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CD法的施工力學(xué)開(kāi)展深入研究,，比較兩種工法的特點(diǎn),，分析CD法在大跨泥質(zhì)軟巖隧道淺埋段的適應(yīng)性，為特大斷面泥質(zhì)軟巖隧道設(shè)計(jì)與施工提供參考與科學(xué)依據(jù),。

1 工程背景

1.1工程概況

龍泉山一號(hào)隧道橫穿龍泉山脈,，為雙向8車(chē)道分離式隧道。隧道左線(xiàn)長(zhǎng)2 168 m,最大埋深約145 m,右線(xiàn)長(zhǎng)2 141.55 m,最大埋深約154 m,。左右線(xiàn)隧道襯砌內(nèi)輪廓高11.45 m,寬18.79 m,開(kāi)挖跨度達(dá)21 m,內(nèi)輪廓斷面面積為169.28 m2,凈空面積為137.66 m2,。

隧址區(qū)位于龍泉山大背斜西翼，巖層呈單斜狀產(chǎn)出,，總體傾向?yàn)?80°～310°,傾角20°～45°,。隧址區(qū)圍巖以中風(fēng)化泥巖為主，巖體呈薄層狀構(gòu)造,，節(jié)理裂隙較發(fā)育,，巖質(zhì)較軟，圍巖分級(jí)主要為Ⅴ級(jí),，如圖1所示。

圖1 中風(fēng)化泥巖 下載原圖

1.2施工工法及支護(hù)參數(shù)

由于隧道斷面跨度大,，為減小開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng),，洞口段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，施工步序見(jiàn)圖2所示。

隧道采用復(fù)合式襯砌,，初期支護(hù)由注漿錨桿,、鋼拱架以及噴射混凝土組成，二次襯砌采用鋼筋混凝土,，具體支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表1,。

圖2 隧道施工步序圖 下載原圖

表1 隧道支護(hù)參數(shù) 導(dǎo)出到EXCEL

2 監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析

2.1隧道監(jiān)控量測(cè)方案

為了掌握施工過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特征,，在龍泉山一號(hào)隧道左洞出口淺埋段選取兩個(gè)斷面展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)斷面里程分別為 ZK15+463與ZK15+458,。監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括：隧道拱頂下沉位移和隧道水平收斂位移,。測(cè)點(diǎn)具體布置如圖3。

2.2隧道拱頂位移分析

圖4分別給出了兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面拱頂沉降時(shí)程曲線(xiàn)圖,。分析圖4可知,，隧道左右導(dǎo)洞拱頂沉降量相對(duì)較大，中導(dǎo)洞拱頂沉降量相對(duì)較小,。拱頂累計(jì)沉降量位于18.6～31 mm之間,。其中拱頂最大沉降量位于ZK15+458斷面左導(dǎo)洞，達(dá)到31 mm; 最小拱頂沉降量為18.6 mm, 位于ZK15+458斷面中導(dǎo)洞,。這一現(xiàn)象與隧道開(kāi)挖步序有一定的關(guān)系,，由于隧道左上導(dǎo)洞(①部)最先開(kāi)挖完成，之后其余各部開(kāi)挖都會(huì)對(duì)其變形產(chǎn)生較大影響,，導(dǎo)致累計(jì)沉降量較大,；中導(dǎo)洞上部(③部)開(kāi)挖較晚，左右導(dǎo)洞上部開(kāi)挖對(duì)其沉降量影響很小,，因此最終沉降量相對(duì)較小,。

圖3 隧道測(cè)點(diǎn)布置 下載原圖

圖4 隧道拱頂沉降曲線(xiàn)圖 下載原圖

以A點(diǎn)沉降量變化為研究對(duì)象，分析各分部開(kāi)挖之間的相互影響。由圖4可知,，隧道左導(dǎo)洞上部(①部)開(kāi)挖引起變形占最終下沉總量24%～38%,右導(dǎo)洞上部(②部)開(kāi)挖所引起變形量最大,，占總沉降比例達(dá)34%～47%,其余各部引起變形量均在3%～9%之間。分析這一現(xiàn)象,，主要原因可能是施工順序?yàn)椋合乳_(kāi)挖左導(dǎo)洞上部(①部),再開(kāi)挖右導(dǎo)洞上部(②部),。左導(dǎo)洞支護(hù)未封閉成環(huán)，因此右導(dǎo)洞上部開(kāi)挖仍會(huì)對(duì)左導(dǎo)洞初期支護(hù)變形造成較大影響,。在拆除臨時(shí)支撐之前,，初期支護(hù)已經(jīng)封閉成環(huán)且變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定，從而拆除臨時(shí)支撐所引起的拱頂沉降量較小,，約占2%,。結(jié)合各部開(kāi)挖對(duì)隧道拱頂沉降的影響結(jié)果可知拱頂沉降量變化總體呈“急劇增大→緩慢增大→逐漸穩(wěn)定”的趨勢(shì)，隧道上部開(kāi)挖對(duì)拱頂沉降的影響較大,。

2.3隧道水平收斂分析

圖5給出了兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中各導(dǎo)洞水平收斂位移變化曲線(xiàn)圖,，其中收斂值為正代表向內(nèi)收斂，反之表示向外擴(kuò)張,。從圖5中可以看出,，左右導(dǎo)洞最大水平收斂值相差不大，累計(jì)收斂值達(dá)到29～33 mm, 中間導(dǎo)洞最終水平收斂累計(jì)值位于-20～-24.2 mm之間,。隧道整體水平向內(nèi)收斂,，斷面水平收斂值達(dá)到40.2～41.6 mm。隧道各導(dǎo)洞水平收斂位移均在其上部開(kāi)挖后急劇增大,，在左右導(dǎo)洞下部(④,、⑤部)開(kāi)挖支護(hù)完成后，水平收斂增長(zhǎng)速率顯著降低,。其中右導(dǎo)洞上部(②部)開(kāi)挖對(duì)左導(dǎo)洞水平收斂值影響最大,，水平收斂值增加11.4～14.7 mm, 占左導(dǎo)洞平均累計(jì)收斂值約42%。

3 數(shù)值計(jì)算分析

3.1計(jì)算模型及參數(shù)設(shè)置

本文采用FLAC 3D對(duì)龍泉山一號(hào)隧道淺埋段分別采用雙側(cè)壁和CD法對(duì)施工過(guò)程及力學(xué)特征進(jìn)行計(jì)算和分析,?？紤]到邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，模型在水平方向取4倍開(kāi)挖洞徑,，隧道底板向下取3倍洞高,，向上取至地表(隧道埋深36 m)。本次建立的模型尺寸為150 m×100 m(X×Z),如圖6所示,，模型上表面設(shè)為自由面,，其余邊界設(shè)置約束條件。

計(jì)算模型中圍巖采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則的彈塑性實(shí)體單元模擬,，隧道初期支護(hù)及二次襯砌采用彈性實(shí)體單元模擬,。臨時(shí)支護(hù)采用shell單元建立,，錨桿使用cable單元進(jìn)行模擬。

圖5 隧道水平收斂時(shí)程曲線(xiàn) 下載原圖

圖6 隧道數(shù)值計(jì)算模型 下載原圖

采用現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘測(cè)和巖石室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)的方法確定圍巖物理力學(xué)參數(shù),。在本次計(jì)算過(guò)程中，采用等效剛度法將鋼拱架的作用等效成對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的混凝土,。具體計(jì)算參數(shù)設(shè)置參照表2,。

在本次數(shù)值模擬中，初期支護(hù)拉應(yīng)力為正,，壓應(yīng)力為負(fù),；錨桿受拉為正，受壓為負(fù),。隧道初期支護(hù)變形測(cè)點(diǎn)布置與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案一致,，初期支護(hù)受力具體測(cè)點(diǎn)布置如圖7所示。

3.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法數(shù)值計(jì)算分析

對(duì)龍泉山一號(hào)隧道研究斷面建立雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖模型,。開(kāi)挖步序與實(shí)際施工工序一致,，分析其施工力學(xué)特征，同時(shí)驗(yàn)證所取材料力學(xué)參數(shù)的合理性,。

表2 材料計(jì)算參數(shù) 導(dǎo)出到EXCEL

圖7 數(shù)值模擬初期支護(hù)受力測(cè)點(diǎn)布置 下載原圖

3.2.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖位移場(chǎng)分析

為使得數(shù)值模擬中位移監(jiān)測(cè)更貼合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)方案,，各導(dǎo)洞支護(hù)結(jié)構(gòu)變形均在其上部開(kāi)挖完成后開(kāi)始記錄。

圖8給出了各導(dǎo)洞拱頂沉降曲線(xiàn),。由圖8可知,，隧道左右導(dǎo)洞拱頂沉降較大，中導(dǎo)洞拱頂沉降量相對(duì)較小,。左導(dǎo)洞拱頂累計(jì)沉降值最大,，達(dá)到32.6 mm, 相比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)平均值增大2.1 mm; 右導(dǎo)洞拱頂累計(jì)沉降為30.7 mm, 略小于左導(dǎo)洞，大于實(shí)測(cè)平均值2.5 mm; 中導(dǎo)洞拱頂沉降最小,，達(dá)到21.1 mm, 小于實(shí)測(cè)平均值1 mm,。在拆除臨時(shí)支撐后，拱頂沉降僅增加0.2 mm, 說(shuō)明拆撐之前支護(hù)結(jié)構(gòu)變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定,。隧道上部開(kāi)挖時(shí),，拱頂沉降量快速增長(zhǎng)，其中各導(dǎo)洞上部開(kāi)挖對(duì)拱頂沉降量影響較大,，在右導(dǎo)洞下部(⑤部)開(kāi)挖支護(hù)完成后,，拱頂沉降增長(zhǎng)速率明顯降低。拱頂沉降曲線(xiàn)變化特征與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致,，最終累計(jì)量與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值相差不大,，說(shuō)明本模型及材料參數(shù)取值較為合理。

分析圖9可知,，左右導(dǎo)洞累計(jì)收斂值相差不大,，約為26 mm; 中導(dǎo)洞向外擴(kuò)張,，累計(jì)收斂值達(dá)到-21.1 mm。隧道整體向內(nèi)收斂,，斷面水平收斂值為31 mm, 與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值相差9.2～10.6 mm,。其中左右導(dǎo)洞水平收斂變化趨勢(shì)一致，在左右導(dǎo)洞上部(①,、②部)開(kāi)挖后,，水平收斂值快速增大，之后逐漸趨于平緩,；中導(dǎo)洞水平收斂值其上部(③部)開(kāi)挖后快速增長(zhǎng),，隨后增長(zhǎng)速率變緩，在右導(dǎo)洞下部(⑤部)開(kāi)挖后逐漸趨于穩(wěn)定,。由此可見(jiàn),，水平收斂變化規(guī)律與現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了數(shù)值模擬中參數(shù)選取的合理性,。

圖8 拱頂沉降 下載原圖

圖9 水平收斂 下載原圖

3.2.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖初期支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)分析

圖10給出了初期支護(hù)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主應(yīng)力變化曲線(xiàn)圖,。從圖10中可知，隧道左側(cè)受力明顯大于右側(cè),，這與其開(kāi)挖順序有一定的關(guān)系,。隧道仰拱兩側(cè)出現(xiàn)拉應(yīng)力，仰拱左側(cè)拉應(yīng)力最大,，達(dá)到0.46 MPa, 左拱腰位置壓應(yīng)力最大,，為7.53 MPa。在右導(dǎo)洞上部(②部)開(kāi)挖后,，左右拱肩處出現(xiàn)拉應(yīng)力,，隨著中導(dǎo)洞上部(③部)開(kāi)挖，拉應(yīng)力部分釋放,，兩側(cè)拱肩位置拉應(yīng)力逐漸減小最后轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力,。左右側(cè)拱腰受力均在相應(yīng)分部下臺(tái)階開(kāi)挖后突然減小，減幅約24%,之后再隨著其余分部開(kāi)挖而逐漸增大,。各部位應(yīng)力均在相應(yīng)分部開(kāi)挖后迅速增大,，當(dāng)隧道中導(dǎo)洞下部(⑦部)開(kāi)挖完成后，初期支護(hù)受力逐漸趨于穩(wěn)定,。

圖10 初期支護(hù)主應(yīng)力分布 下載原圖

3.2.3雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖錨桿軸力分析

錨桿作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分,，需要對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析。所得到的結(jié)果如圖11所示,。從圖11中可以看出,，隧道兩側(cè)拱腰處錨桿受拉，錨桿所受最大拉力值出現(xiàn)在左側(cè)拱腰的位置,，為85.2 kN,。拱頂及兩側(cè)拱腳位置錨桿軸力較小,，且局部受壓，未充分發(fā)揮出錨桿抗拉作用,。

圖11 錨桿軸力 下載原圖

3.2.4雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖塑性區(qū)發(fā)展分析

隧道塑性區(qū)的發(fā)展如圖12所示,。分析圖12可知，在采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖時(shí),，左右兩側(cè)塑性區(qū)分布較為對(duì)稱(chēng),，塑性區(qū)主要集中在兩側(cè)拱肩及拱腳處3～8 m的范圍之內(nèi)；在左右導(dǎo)洞上部開(kāi)挖完成后,，中間巖柱發(fā)生了整體塑性破壞，同時(shí)在施作初期支護(hù)之后,，塑性區(qū)區(qū)域有所縮減,，說(shuō)明初期支護(hù)能較好地限制圍巖的變形，阻礙塑性區(qū)的發(fā)展,。因此在實(shí)際施工過(guò)程中,，需要注意對(duì)拱肩，拱腳及中間巖柱位置及時(shí)進(jìn)行支護(hù)和重點(diǎn)監(jiān)測(cè),。

圖12 塑性區(qū)發(fā)展過(guò)程 下載原圖

3.3CD法數(shù)值計(jì)算分析

為了簡(jiǎn)化施工工序,，提高施工效率，本文對(duì)龍泉山一號(hào)隧道采用CD法開(kāi)挖進(jìn)行了計(jì)算分析,，模型尺寸及材料參數(shù)與前文雙側(cè)壁導(dǎo)坑法計(jì)算模型一致,。

3.3.1CD法開(kāi)挖位移場(chǎng)分析

隧道拱頂沉降變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖13。從圖13中可知,，采用CD法施工時(shí),，隧道左導(dǎo)洞拱頂最終累計(jì)沉降量為37.8 mm; 右導(dǎo)洞拱頂沉降量相對(duì)較小，為23.5 mm,。在開(kāi)挖隧道上部過(guò)程中,，拱頂沉降急劇增大，其中左上導(dǎo)洞開(kāi)挖引起的左導(dǎo)洞拱頂沉降量為19 mm, 占總沉降量50.2%;右上導(dǎo)洞開(kāi)挖引起左導(dǎo)洞拱頂沉降量達(dá)到9.3 mm, 占總沉降量24.6%,。

分析圖14可知,，左右導(dǎo)洞均向內(nèi)收斂，左導(dǎo)洞水平收斂值明顯大于右導(dǎo)洞,，達(dá)到31.1 mm, 右導(dǎo)洞水平收斂值為11 mm,。隧道整體向內(nèi)收斂，斷面總收斂值達(dá)到42.1 mm,。各導(dǎo)洞水平收斂量在對(duì)應(yīng)分部上臺(tái)階開(kāi)挖后快速增大,，而隨著其余分部開(kāi)挖支護(hù)逐漸穩(wěn)定。

圖13 拱頂沉降曲線(xiàn) 下載原圖

3.3.2CD法開(kāi)挖初期支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)分析

圖15給出了CD法開(kāi)挖初期支護(hù)主應(yīng)力變化圖,。從圖15中可以看出,，隧道左側(cè)受力明顯大于右側(cè),，其中隧道仰拱處出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力位于仰拱左側(cè),，為2.33 MPa; 左拱腰處壓應(yīng)力最大,，達(dá)到10.74 MPa。隧道右導(dǎo)洞開(kāi)挖對(duì)初期支護(hù)受力影響較大,，在開(kāi)挖右上導(dǎo)洞后,，各部位應(yīng)力急劇增加，當(dāng)所有部位開(kāi)挖支護(hù)完成后,，初期支護(hù)受力變化趨于平緩,。

圖14 水平收斂 下載原圖

圖15 初期支護(hù)主應(yīng)力分布 下載原圖

3.3.3CD法開(kāi)挖錨桿軸力分析

圖16給出了CD法開(kāi)挖錨桿軸力圖。由圖16可見(jiàn)兩側(cè)拱腰位置錨桿受拉,，拱腳及拱肩位置錨桿受壓,，右拱腰處錨桿軸力最大，達(dá)到64.5 kN,。

圖16 錨桿軸力 下載原圖

3.3.4CD法開(kāi)挖塑性區(qū)發(fā)展分析

由圖17中塑性區(qū)的發(fā)展范圍可知,，塑性區(qū)主要分布在兩側(cè)拱肩及拱腳處5～12 m的范圍之內(nèi)。在開(kāi)挖過(guò)程中,，當(dāng)隧道左導(dǎo)洞開(kāi)挖完成后,，右側(cè)未開(kāi)挖部位圍巖發(fā)生塑性破壞，需要及時(shí)施作臨時(shí)支撐,，防止圍巖的繼續(xù)變形,。兩側(cè)拱腰及拱腳位置也是隧道受力薄弱部位，要對(duì)局部加強(qiáng)支護(hù),，隧道拱頂及拱底位置處也有部分塑性區(qū)分布,。

3.4雙側(cè)壁和CD法比較分析

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法與CD法數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如表3所示，通過(guò)對(duì)比分析可知,，CD法拱頂最大沉降值比雙側(cè)壁導(dǎo)坑法增加5.6 mm, 隧道整體水平收斂值增加11.1 mm, 但仍遠(yuǎn)小于隧道控制變形量,。采用CD法施工時(shí)，初期支護(hù)最大拉應(yīng)力分布位置與雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相同,，達(dá)到2.33 MPa, 較雙側(cè)壁導(dǎo)坑法增大1.87 MPa; 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力都出現(xiàn)在左側(cè)拱腰位置,，相對(duì)增大3.21 MPa。CD法施工中錨桿軸力相較雙側(cè)壁導(dǎo)坑法小,，但塑性區(qū)面積大于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法,，且在隧道拱頂及拱底位置處也有部分塑性區(qū)分布。

表3 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果 導(dǎo)出到EXCEL

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)龍泉山一號(hào)特大斷面泥質(zhì)軟巖隧道采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,，針對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)性態(tài)展開(kāi)研究,。通過(guò)對(duì)比CD法與雙側(cè)壁導(dǎo)坑法兩種工法，分析CD法在龍泉山一號(hào)隧道中的適應(yīng)性,，得到如下結(jié)論,。

圖17 塑性區(qū)發(fā)展過(guò)程 下載原圖

(1)CD法拱頂最大沉降達(dá)到37.8 mm, 較雙側(cè)壁增大5.6 mm; 斷面水平收斂達(dá)到42.1 mm, 比雙側(cè)壁導(dǎo)坑法增大11.1 mm,。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量在各導(dǎo)洞上部開(kāi)挖后急劇增大，之后隨著其余分部開(kāi)挖增長(zhǎng)速率變緩,，在所有分部開(kāi)挖完成后逐漸穩(wěn)定,。

(2)兩工法仰拱兩側(cè)均出現(xiàn)拉應(yīng)力，其中CD法最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在仰拱左側(cè),，達(dá)到2.33 MPa, 較雙側(cè)壁導(dǎo)坑法增大1.87 MPa; 左拱腰壓應(yīng)力大,，達(dá)到10.74 MPa, 比雙側(cè)壁導(dǎo)坑法增加3.21 MPa。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在右導(dǎo)洞上部(②部)開(kāi)挖后,，左右拱肩處出現(xiàn)拉應(yīng)力,，隨著中導(dǎo)洞上部(③部)開(kāi)挖，兩側(cè)拱肩位置拉應(yīng)力逐漸減小轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力,。CD法在開(kāi)挖右上導(dǎo)洞后各部位受力急劇增大,，當(dāng)所有部位開(kāi)挖支護(hù)完成后受力趨于穩(wěn)定。

(3)兩工法塑性區(qū)均集中于兩側(cè)拱肩及拱腳位置,，CD法塑性區(qū)面積大于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法且在拱頂位置也出現(xiàn)剪切破壞區(qū)。錨桿在拱腰位置承受較大拉力,，CD法錨桿最大軸力比雙側(cè)壁導(dǎo)坑法減小20.7 kN,。

(4)經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，CD法支護(hù)結(jié)構(gòu)受力與變形均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與施工要求,，對(duì)龍泉山一號(hào)隧道及今后類(lèi)似工程能提供一定的參考價(jià)值,。

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