大断面小净距隧道围岩力学特性分析

戴丽军

(中铁建电气化局集团西安电气化制品有限公司，陕西西安 710000)

在我国交通路网的大力发展形势下，近年来我国隧道工程实践中开始出现了大断面小净距隧道(三车道及三车道以上的小净距隧道)。对大跨度小净距隧道的研究目前较少，现结合刘家峪大断面小净距隧道对其施工方法及技术进行分析。

1 大断面小净距隧道的特点

1)小净距。大断面小净距隧道中，洞室之间的间距小，洞室开挖会相互影响，大断面小净距隧道开挖过程中所受到的应力较一般隧道更为复杂。2)大断面。隧道断面积增大，扁平率低(隧道开挖高度与其开挖宽度之比)，一般都是三车道及三车道以上的隧道。这种扁平结构隧道开挖后应力重分布，致使围岩和衬砌结构的力学特性发生了很大的变化，拱脚处应力集中显著增大。

2 计算模型的建立

刘家峪隧道为三车道小净距隧道，设计参数:单洞最大开挖跨度16.7 m，最大开挖高度含仰拱约12.2 m，见图1。普通两车道小净距隧道横断面图及断面模型见图2，图3，大断面小净距隧道模型见图4。取V级围岩力学参数，见表1。

表1 围岩力学参数

隧道净距选取如表2所示，计算模型均为无支护的毛洞隧道状态，隧道埋深均为15 m，施工方式按上下台阶进行。

表2 计算模型净距及相对净距

2.1 地表沉降位移分析

对于浅埋隧道，地表沉降是判定隧道周围围岩稳定性的一个重要标志，从图5，图6中可以看出大断面小净距隧道在双洞开挖后地表沉降值大，围岩稳定性较差。从图5，图6以及表3分析得出:右洞开挖时，左洞围岩稳定性变差，且影响效果很大。

2.2 洞周位移分析

围岩在隧道洞室开挖后的洞周位移情况见图7，部分特征点位移值见表4，表5。

表3 不同净距时地表沉降最大值

表4 净距为6 m时洞周计算点位移值 mm

表5 净距为10 m时洞周计算点位移值 mm

从图7中可以看出，当隧道净距为6 m时，大断面与普通两车道双孔小净距隧道一样，洞周位移变化对称分布，由于前者开挖断面大于后者，此时洞周位移值前者大于后者。当大断面小净距隧道开挖完后，两洞中夹岩柱在上部巨大竖向松弛荷载作用下其中部和雁形部位有向两侧剪切滑移的趋势，此时中夹岩柱极易发生塑性流动，产生剪切破坏，并对左、右两侧边洞产生挤压作用，使其受力状况进一步恶化;左拱顶沉降值最大，且其拱顶上方围岩竖向位移明显大于右洞，近似形成一竖直的“塌落漏斗”，并有向地表贯通趋势，说明左洞拱顶上方围岩松动严重，自稳性极差，势必将产生较大的松弛荷载，故在施工过程中应及时对中夹岩柱进行支护，防止围岩失稳。由于两种隧道在整体上均属于扁平结构，故隧道拱顶沉降值远大于两侧拱腰处水平位移值;大断面小净距隧道在左、右开挖后的特征位移值均比普通两车道小净距隧道大，就两种隧道各自左洞与右洞而言，受力形式均为偏压，但是前者左洞右侧拱腰水平位移和右洞左侧拱腰水平位移为后者的近3倍，而远离中夹岩柱侧拱腰水平位移相差很小。

2.3 围岩塑性区分析

图8，图9为围岩塑性分布图，从图中可以看出，大断面小净距隧道施工相互影响大，左右洞影响效应十分显著。从图9可以看出，当隧道间净距为10 m时，两种隧道整体稳定性均得到提高。

3 结论及建议

大断面小净距隧道中夹岩柱的应力要比两车道小净距隧道的大，且分布范围广，这说明大断面小净距隧道的受力特点要比两车道的复杂。同时大断面小净距隧道拱顶位移均显著大于两车道隧道，地表沉降也要大于普通两车道隧道。通过理论及刘家峪隧道实际施工过程的研究分析表明，大断面小净距隧道在施工过程中要遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测、速反馈”的施工原则，严格控制先行洞及后行洞之间的距离，避免两洞应力叠加，相互影响。在软弱围岩地段必须加固中夹岩柱，控制围岩的变形和松弛，以确保施工安全，创造最佳的经济效益。

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