隧道斜交横通道施工对主隧道衬砌结构的影响

李 野

(中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁 辽阳 111000)

隧道斜交横通道施工对主隧道衬砌结构的影响

李 野

(中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁 辽阳 111000)

以某隧道工程斜交横通道的施工为例，分析对主隧道衬砌结构产生的影响，得出主隧道衬砌结构具体的变化规律，并采取有效的措施提高隧道工程的施工质量，保证施工人员的安全。

隧道工程；斜交横通道施工；衬砌结构；衬砌变形

1 工程概况

某公路隧道原本为分离式双向四车道隧道，分离距离超过50 m，隧道全线超过2 km，为了保证隧道内车辆通行的安全性，所以需要设置多条横通道，横通道与主隧道斜交角度超过60°，交叉的高度范围可以达到8 m，原本的主隧道穿越土层为黄土土层，所以横通道的施工区域附近有很多的裂缝。新建的斜交横通道内部设置有紧急停车位置、以及人工通行位置。在对斜交横通道进行开挖施工时，为了避免主隧道的结构受力受到改变，可以采取边施工、边支护的施工方式，对部分开挖完成的隧道进行初步的支护。最后全部施工完成后，进行砌衬施工。第二种方法是隧道开挖完成后便进行衬砌，最后再对横向隧道进行挖掘。边开挖、边施工的方式可以让隧道衬砌的稳定性更高，减少横通道挖掘时的衬砌变形。如果隧道工程施工区域的地质条件比较差，可以在全部衬砌完成后再进行斜交横通道的施工，但是这种施工方式使已经施工完的主隧道衬砌结构造成影响。

2 主隧道衬砌结构的监测

2.1 隧道衬砌结构的受力监测

在原本主隧道的衬砌结构中埋设探测监控元件，对衬砌结构的受力情况进行监测，分析其具体的变形状况。受力检测的具体项目是对隧道衬砌结构支护初期，对产生的支护压力进行分析，检测是否出现钢筋混凝土的应力变化，隧道衬砌结构的拱顶是否有下沉的现象。在主隧道的拱顶、两侧边墙、隧道的拱脚和仰拱部位安装监测仪器，对衬砌结构的力学状态进行监测，并在隧道的拱顶粘贴反光贴膜，利用全站仪监测拱顶的下沉情况。

2.2 主隧道衬砌结构的模拟分析

(1)隧道初始应力情况模拟

斜交横通道是在主隧道全部完成后才进行施工的，所以在横通道施工时，主隧道的支护工程已经处于基本稳定的状态，而且具备支护工程，所以衬砌结构基本不会受到太大的力量，所以主隧道的初始应力状况，衬砌是属于不受力的状态。

(2)三维模型的建立

根据隧道工程的实际情况，确定模型建立的基本范围，模型的左右边界要超过隧道开挖宽度的三倍以上，并把Z轴上的边界直接延伸到地表，Y轴的方向按隧道路段的方向进行延伸。隧道工程三维模型的建立截取隧道一部分距离，保证横通道和主隧道连接的斜交角度。因为主隧道和横通道为喷射混凝土，主隧道衬砌结构为混凝土结构，所以三维模型中要将两者区别开来，并把围岩结构用实体单元标注出来。隧道的初始荷载为工程自重荷载，重力方向沿Z轴垂直向下。

(3)模型计算参数

模型的计算参数以隧道工程的地质勘测资料为准，斜交横通道与主隧道连接处的围岩材质为粘土，围岩等级为四级，根据以往的工程施工经验，对围岩的参数进行估算。主隧道工程的初期支护材料为钢拱，衬砌中存在钢筋，按照等效原理将初支参数折算到支护体系中。

3 隧道斜交横通道施工对主隧道衬砌结构的影响

3.1 主隧道的衬砌结构的变形规律

在横通道施工完成后将初期支护拆除，这时的主隧道衬砌结构会受到竖直方向的压力，主隧道的衬砌结构下方会出现隆起的现象，结构上方会出现细微的下沉，衬砌结构在水平方向上也会想着隧道的净空区轻微位移。这种变形结果表明了斜交横通道的施工会使主隧道衬砌结构产生变形，支护结构拆除后进行横通道的施工会使主隧道衬砌结构变形加剧，这种变形会随着斜交横通道开挖的深度加大而逐渐减小。主隧道衬砌的拱顶位置以及连接处角度小的位置变形情况明显比另一侧监测点的变形情况严重。这说明了主隧道衬砌变形在连接处并不是对称的，在连接角度比较小的一些，变形情况较为严重；横通道施工过程中对主隧道衬砌结构的变形影响比较大，横通道施工初期变形影响最为严重，但是随着横通道施工进度的进展，变形影响逐渐降低。如图1 所示。

图1 主隧道衬砌结构累计变形与横通道开挖距离的关系

3.2 主隧道衬砌结构的应力分析

斜交横通道的施工不仅影响了原本主隧道的成拱，还使隧道交接口出现应力集中的现象。应力集中主要沿着主隧道的轴向分布，集中范围主要在隧道交接处角度较小的一侧和交接口的上下两端。在斜交横通道施工的过程中对施工断面进行应力监测，监测出的应力结果为钢筋应力与混凝土应力的和。监测结果反应出横通道在开挖一段距离之后对整个主隧道衬砌结构的影响逐渐平缓，并在应力稳定之后，具体的应力数值可以作为整个隧道截面的安全系数。对衬砌各点的安全系数进行检测，各个点位的安全系数全部超过原本结构的安全系数，并且连接处角度较大的一侧安全系数明显高于角度较小的一侧。如图2所示。

图2 主隧道衬砌结构应力效果图

3.3 主隧道衬砌结构净空区域的收敛

在斜交横通道施工之前，主隧道衬砌结构的边墙部位向着净空区收敛，但是在横通道开始施工后，拆除了连接口的初期支护，净空区出现较大的外扩变形。随着横通道开挖深度的加深，净空区域的收敛趋势逐渐变缓，这表明了横通道的施工会使主隧道围岩的受力情况发生改变，并造成围岩的变形。通过三维模型的模拟数值对比，发现主隧道围岩的变形也是在隧道连接处角度较小的一侧比较明显。

3.4 主隧道衬砌结构的裂缝危害

在斜交横通道施工时，主隧道衬砌结构的仰拱会出现较大的应力变化，并且这种应力变换并没有减弱的趋势，随着应力的逐渐加大， 会导致主隧道衬砌结构的仰拱、拱顶等出现裂缝现象，这种裂缝现象对原本的受力结构造成了破坏，使主隧道的安全性受到了影响。

4 结 论

横通道的施工会使主隧道的衬砌结构出现裂缝，裂缝主要集中在拱顶、仰拱和拱腰部位，因为这几个部位的应力变化都比较大，所以在对类似隧道工程进行施工时，要加强对横通道连接处拱顶、仰拱、拱腰处的质量控制，对已经产生裂缝的位置及时的进行修补。

[1] 罗彦斌,陈建勋,王梦恕. 隧道斜交横通道施工对主隧道衬砌结构的影响研究[J]. 岩石力学与工程学报,2010,(S2):3792-3798.

[2] 徐学深. 横通道施工对隧道衬砌结构影响的研究[J].土工基础,2012,(2):47-50.

[3] 李科,胡学兵,郭军. 新建车行横通道对既有隧道结构的影响研究[J]. 公路隧道,2014,(4):1-5.

[4] 李玉峰,彭立敏,雷明锋. 交叉隧道工程设计施工技术研究进展[J].铁道科学与工程学报,2014,(1):67-73.

Discussion on the influence that tunnel’s oblique cross channel has on the main tunnel’s lining structure

LI Ye

(China Railway 19th Bureau Group 2nd Co., Ltd.,Liaoyang,Liaoning 111000,China)

Take a construction of a tunnel’s oblique cross channel as the example, and analyze the influence to main tunnel’s lining structure, get the changing law of main tunnel’s lining structure, and take effective measures to improve the quality of tunnel construction to make sure the safety to staff.

tunnel engineering; oblique cross channel construction; lining structure; lining deformation

2015-11-02

李野(1982-)，辽宁丹东人，助理工程师，研究方向：隧道施工。

U455

C

1008-3383(2016)02-0106-02