偏压分岔隧道施工过程损伤破坏和优化解析

蒋旺

摘要：对于出现偏压隧道，且分岔隧道的施工过程比较复杂时，需要采用正确的施工方法来对于隧道的安全稳定性是非常关键的。为了使偏压分岔隧道在施工过程中，可能会出现的损伤破坏以及如何优化分析，做出了相应的实际解答。通过距离位置的偏移和损伤破坏的程度来进行分析。

关键词：偏压分岔隧道；损伤破坏；施工工程优化

根据施工过程中的力学进行研究，在施工过程中对隧道的安全稳定性能是十分重要的。根据以往成功的研究结果表明，使连拱隧道的所有挖出错开的距离，大小控制在隧道直径的3M左右即可，并且根据测量的具体数据在进行调整，使隧道得到固定后，在可进洞施工。以下对隧道施工现场进行整体研究，描述了有限元能够模拟施工现场的工程。

一、计算原理与模型

1、弹塑性损伤破坏模型

根据不可逆热的力学原理来进行分析推导，弹塑性损伤破坏岩体变形后与加载的历史有关系，因此，其弹塑性损伤破坏的总应变率是在为某一损伤尺度的状态下进行弹性应变的，但弹塑性在岩体中的应变率增多，会使岩体损伤破坏的弹性性质的劣化而产生的应变率。为此，得出了岩体弹塑性损伤破坏与模型组织的结构关系。

2、损伤破坏演化的方式

损伤破坏演化的方式是以描述损伤破坏的数量和应变率为最基准的，因在国外有许多研究者在建立了一个不同的损伤破坏演化方式，其效果都不是很理想，认为损伤破坏演化的整体控制因素是应变的，都是单向阻力下进行的。把损伤破坏演化的方式转换为一种三维立体的效果，可以利用效拉应变与等效应变来代替，即可分别得出其损伤破坏的程度。当单元体种所存在的拉压两种的应变混合受力时，则单元体的总体损伤的系数是比较高的。

3、弹塑性损伤破坏有限元素

当单元体损伤后，为了满足结构组织的平衡原理，需要将其单元损伤后的剩余应变压力俩引起调节点附加在承载重量中。采取建立的三维立体元素的大型弹塑性损伤破坏的组成程序，可以使改程序进行单元体的生死形式，具有群组的使用功能，采取这一模式可以将计算机原理的速度加快。

4、偏压分岔隧道的施工工序

在偏压分岔隧道中先开挖中导洞，然后在适当的浇上混凝土最为铺垫。为研究分岔隧道在偏压过程中的优化进行分析，选取施工工序的具体四点如下：（1）先挖开左边的洞口，然后在挖开右洞口；

（2）先开挖有洞口，后开挖左洞口；

（3）左洞口超前在又懂开挖，然后左右洞口同时进行施工，需要考虑到超前的距离；

（4）右洞超前在左洞开挖，然后在实施左右开挖的模式，切记一定要和上面的超前距离相同，不能存在误差。

从上述看来，根据不同的施工工序，隧道所采用的是上下台阶法开挖，从上到下的原理进行开挖。其具体的操作形式见图1：

二、偏压分岔隧道施工优化分析

1、左右两洞口开挖面合理间距

一侧洞开挖完后要先挖另一侧的隧洞，随着另一侧的隧洞进行，先开挖的

隧道拱顶也在不断下降（见图2），由图可见，后开挖的隧洞与开挖的距离检测断面是越来越长，先开挖隧洞在监测断面的位置有所偏移，所以使先开挖的隧洞距离造成了影响，在距离更变的同时尽可能的使隧洞的断面前方变形的地方达到稳定性。最佳标准的距离是达到30M。

2、施工程序的确定

（1）距离位移

在断面左右的偏压分岔隧道的拱顶的距离位移曲线的正中心。在开挖时，左隧洞拱顶的最终距离位移不能超过4MM，右隧洞拱顶的最终距离位移不能小于4.25mm，在分岔隧道施工时要掌握好彼此的距离位移情况。由此可以见得，在同一侧的偏压分岔隧道中，前后开挖的距离差距可以促使供顶的速度下降，因此，施工程序中距离位移还是存在着非常重要的地位。

（2）应变率

偏压分岔隧道中墙的安全稳定性是所分析的重点，在中墙上部的水平垂直方向应该随着施工变换的曲线来变化。中墙的最终垂直应变率应为7mm，在开挖的工程中，应注意距离的应变效率。

3、最优施工方案

根据前面所分析的内容，为减小左右的偏压分岔隧道的相互开挖的现象，其相互的距离应具有合理性的间距，大约为30M。为确定先开挖的哪端隧洞而更有利于稳定性，要根据具体的位置间距、应变率和中墙的损伤破坏程度来详细的分析，最终才能确定要先开挖左隧洞能更有利于安全稳定。因此，偏压分岔隧道最优施工方案应为左洞超前的30M，有利于同时进行左右施工。

4、损伤破坏屈服区

左洞口超前右洞开挖的施工方式可以引起拱顶和距离隧道的中墙内会产生损伤破坏屈服区。相比左洞在应用上述所说的方式左洞超前于又洞口距离为30M，这样会减少屈服区的损伤破坏现象。一般在拱顶内中墙右侧的屈服区比左侧的大，靠近拱顶隧道内中墙损伤破坏程度是整个隧道中最大的，因此，也可以称之为最为危险的区域，应该加强安全保护措施。根据以上的安全问题，可以是开挖施工时左右不同时进行开挖，先从左洞开挖起，这样一来就可以避免损伤破坏屈服区的现象。拱顶内中墙的两侧之间的屈服区间距差距不大，靠近拱顶上方的隧道内中墙损伤破坏屈服区最大，因此，此处是危险地带，应该加强防护措施。综合以上分析内容，屈服区可分布在靠近拱顶隧道内中墙的位置、靠近拱顶上方的隧道内中墙的两个地方要注意安全防护，或者还可以采取左洞口超前的开挖方式，这样有利于隧道的稳定性。

三、偏压分岔隧道施工过程中的建议

对于偏压分岔隧道的这种新形势的隧道组成结构，存在着拱顶内中墙和施工转化问题，施工过程中太过复杂，遇到偏压分岔隧道的这种复杂的现象，应该研究出一个具体的施工方案。采用三维定位弹塑性损伤破坏模型，对于偏压分岔隧道施工时进行优化，并得出了以下三点结论：

（1）根据不可逆熱力科学理论推出了弹塑性损伤破坏模型，并编制了三维元素，采用弹塑性损伤破坏模型可以更好地使岩体变形。

（2）经过上述研究表明，左右洞口先后开挖超前现象至少应该相距 30 m 以上，才能使左右洞口相互施工所造成的影响降低。

（3）建议采取优化施工方案为：先开挖左洞口，即埋深较大一侧隧道洞口，超前右洞口距离为 30 m，然后左右洞口可同时开挖。

总结：经过上述分析结论，可以得出偏压分岔隧道施工过程先施作深埋洞，再施作浅埋洞为优化的施工方案。在偏压分岔隧道施工中采用三维有限元素可以确保左右洞口能同时进行施工。利用不可逆热力科学理论来推动偏压分岔隧道施工过程损伤破坏模型，并对其施工进行优化。深刻的了解在遇到偏压分岔隧道施工过程中出现的问题能如何的应对，这样一来就完全可以代替以往的施工中的复杂性。

参考文献：

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