对高速公路小净距隧道合理净距的探讨

符 进

(广东省长大公路工程有限公司，510507)

对高速公路小净距隧道合理净距的探讨

符 进

(广东省长大公路工程有限公司，510507)

使用数值分析手段,对不同净距未支护条件下小净距隧道的受力状况、变形、围岩塑性区进行了仔细的分析研究，可以了解到:当两隧道的净距小于B(B为毛洞开挖宽度)时,在两隧道中岩墙较大范围内将产生塑性区,且位移量明显大于单洞状态。中岩墙部位产生了明显的应力叠加现象,处于很不利的受力状态,中岩墙需进行特殊加固处理。而当净距提高到1B及以上的时候,塑性区的产生范围基本接近单洞状态，所以可以确定该高速公路隧道Ⅴ级围岩段的合理净距应该要大于或者等于1.0B。

小净距 隧道塑性区 变形应力

1. 前言

为了确定高速公路小净距隧道合理净距，本文某高速公路隧道洞口段Ⅴ级围岩处隧道合理间距进行调查，为设计提供借鉴。

2. 计算方案的确定及参数的选取

根据某高速公路隧道的施工情况,选择Ⅴ级围岩在最不利埋深(35 m)、不同净距的情况下计算小净距隧道围岩的变形特征、受力特性，然后进行稳定性分析。根据无支护情况下的围岩力学行为,使用有限元计算软件进行弹塑性分析。在计算时可以分别选择分离式隧道的独立单洞,净距为2.0B、1.5B、1.25B、1.0B、0.75B、0.5B等6种,其中B=13.85米,为隧道开挖跨度。

在地应力场方面,因为隧址区埋深较浅，受到构造的影响比较小，所以只需考虑自重应力场作用，计算中选择D-P准则作为屈服准则。同时在模型边界条件方面,需要考虑到隧道的变净距,其计算的模式在隧道横断面方向选择3～5倍洞径,垂直方向拱底以下选择3倍洞径,顶部取实际埋深[1]。其计算模型基本网格见图1（a）。计算中可以假设左洞首先进行开挖,然后按照研究的意图,在进行分析时假定在没有支护的情况下右洞、左洞都一次成形(全断面法开挖)。接着使用中岩墙位置、拱底、先行洞拱顶处的特征点进行监控,其布置位置见图1(b)。

选择材料参数是在结合《公路隧道设计规范》和现场地质勘查资料的基础上综合进行拟定的，具体内容如表1所示。

表 1 计算中材料参数的选取

图 1 计算模型

2. 小净距隧道间合理净距的探讨

2.1 不同净距下围岩塑性区分析

按照计算的结果,获取了不同净距条件下厚度表(表2)。按照收集的资料可以看出:

（1)在隧道开始挖掘之后,在没有支护的情况下,围岩都比较容易出现塑性区域。而塑性区域多处于拱肩到拱脚的范围之内,其分离式隧道单洞塑性区厚度大约为2.5米。

（2)由于两隧道间净距会随着开挖的进行逐渐减小,同时后行隧道的开挖会不断扩大塑性区域，和净距大小息息相关。根据研究结果可以知道,当两隧道的净距是0.5B(B是毛洞开挖宽度)的时候,后行隧道开挖会不断扩大塑性区域。一旦后行洞隧道的压力释放到60%的时候,然后在两隧道中岩墙会形成范围较大的贯通塑性区域。而根据应力的不断释放,计算会产生不收敛情况,表示围岩已经被破坏失稳。当净距提高到0.75B的时候,后行洞的开挖虽然没有引起中岩墙塑性区的扩大,但在塑性区的厚度方面(表2),使得塑性区厚度提高到4.0 米左右,中岩墙需进行不断加固。而当净距提高到1B的时候,可以知道,隧道附近的塑性区有所减少。经过对比不同净距条件下与单洞时的塑性区厚度可知,对于小净距隧道,双洞开挖后各洞周的塑性区分布,由于净距的不断增加(针对本隧道在1B及以上时),会不断接近各单洞开挖后的塑性区域的数值。具体内容如表2所示。

表 2 不同工况条件下塑性区厚度

2.2 不同净距下围岩变形分析

在隧道开挖过程中,围岩变形大小也是影响隧道稳定性的因素之一。基于此,本次分析某高速公路隧道围岩变形的情况同时获取了不同净距条件下先行洞特征点位移随净距变化量值表（表3)。

从上述不同净距条件下围岩的竖向位移量值可知,在隧道开始挖掘之后,最明显的是拱底和拱顶的位移。如果拱顶出现沉降,拱底会出现隆起的情况。当隧道处于单洞的情况下,拱顶下沉量约为9.30毫米,拱底隆起量在9.30毫米左右。同时根据从先行洞的位移特点可以知道,由于后行洞的不断开挖,隧道拱顶出现不断沉降,拱底将会不断减少位移。当净距处于0.5B的时候,会得到最大的位移量,与单洞有明显的区别，但是当净距处于1B或者超过1B的时候,位移量会逐渐稳定下来,而且会与单洞位移数值进行过渡,并最终和单洞位移保持一致。具体内容如表3所示。

表 3 先行洞特征点位移值表

3. 讨论

按照小净距进行研究可以知道，要想确定小净距隧道的合理净距宜，需要考虑围岩稳定性、变形、受力和等因素。因此可以得出，在确定相邻隧道的净距大于合理净距范围的时候,可以无需使用特殊的施工方法、支护措施和加固方法,只需要加强现场监督和控制,然后按照测量的信息进行反馈，接着进行适当调整。如果当小净距隧道相邻隧道净距小于合理净距范围时,不但需要加强现场监控量测,还进行特殊加固，才能确保隧道的安全。

[1]乔春江,朱光仪.超小净距隧道的设计与研究[J].公路.2013(07)：78-79.

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B

1007-6344（2015）11-0277-01