复杂条件下浅埋隧道双侧壁导坑法施工方法优化研究

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1、复杂条件下浅埋隧道双侧壁导坑法施工方法优化研究王壬戍广东冠粤路桥有限公司511100摘要：木文结合某高速公路隧道为工程背景，利用有限元数值仿真技术对泥岩条件下浅埋隧道双侧壁导坑法及其优化方法进行模拟计算，综合对比了各种施工方法中结构及围岩的受力特性。然后以施工安全性为基础，结合施工进度、施工机具配置、施工难易程度等多方面因素，以提高经济性、加快施工速度为目的，针对泥岩条件下浅埋段的双侧壁导坑法进行精细化研究，提出了优化的施工方法。供参考！关键词：隧道工程；双侧壁导坑法；有限元分析；优化；泥岩1、工程

2、概况某高速公路隧道起讫桩号为K33+910—K35+190,单洞长度为1280m,地层主要由II〜III级自重湿陷性黄土状土混合卵石和碎石等组成，厚20〜30m;下部为泥岩，全、强风化厚5〜10m。围岩级别均为V级强、中风化泥岩。隧道浅埋段原设计的施工方法为双侧壁导坑法。但是双侧壁导坑法木身的劣势是：施工工序多，速度较慢，施工干扰大，成木较高。因此，结合木项目工程实际，在原设计的基础上，从双侧壁导坑法细部设计上进行优化研究，拟在保证施工方法稳定性优势的同时，尽可能提高施工速度和降低施工成木。2、双侧

3、壁导坑施工方法优化2.1施工方法优化思路依据设计资料和现场施工实际情况，针对隧道浅埋段原设计施工方法提出以下优化思路。1）适当减小中间岩柱的体积，相对于初始设计方法适当提高围岩的自承能力，便于中间岩柱中下部台阶一次性开挖。2）相对于初始设计方法适当增加左、右导坑的尺寸，便于提高导坑的机械化施工程度。3）仰拱紧跟拆除临吋支护工序进行，便于使用机械，提高施工速度。由此提出几种改进方法进行对比分析如下：①方法1原始设计的双侧壁导坑法（见图la）;②方法2中间岩柱顶部宽度变小的双侧壁导坑法（见图lb）;③方

4、法3中间岩柱中部宽度变小的双侧壁导坑法（见图1C）;④方法4针对方法3提前拆临时支护，再做仰拱的双侧壁导坑法（见图1C）。初始设计双侧壁导坑法中，中间岩柱尺T为：上部宽9.86m,中间部位宽4.65m。结合现场施工情况及机械设备，拟定方法2的中间岩柱上部尺在设计基础上减小3m;方法3和4的中间岩柱中间部位的尺寸在设计基础上减小1.5m。由图1和表1可知，方法2〜4相对于方法1都减少了1个施工步序（中间只分2个台阶），II增加了作业区域，便于相对大些的机械作业，提高了日进尺量。而方法4相对于方法2和

5、3提前拆除了临吋支护，这样在施作仰拱吋增加了施工作业空间，更便于机械施工，增加了日进尺。3、各施工方法数值仿真分析2.1计算模型浅埋段隧道埋深取20m,隧道断面为三心圆断面，断面宽17m、高11.89m,围岩为V级，模型范围为：左、右两侧各取隧道幵挖跨度的3倍（51m），底部取隧道开挖高度的3倍多（40m），隧道锚杆加固区深度取4m，初衬厚30em,二衬厚60cm,临吋支护厚20cm。模型上边界取自由边界，左、右两侧边界加水平约束，底部边界施加固定约束。计算模型如图2所示。3.2计算参数选取通过AN

6、SYS软件对隧道开挖过程进行平面应变分析，采用应力释放法和软件中的“生死单元”功能模拟隧道施工过程。围岩采用理想弹塑性模型，服从Drucker.Prager准则，支护采用弾性模型。锚杆加固效应通过提高加固区围岩材料参数进行模拟。仿真分析计算所采用的计算参数如表2所示。表2材料参数3.3各施工方法计算结果与分析3.3.1计算结果1）临吋支护受力情况隧道开挖过程中，隧道临吋支护主要起支撑作用，受力主要表现为受压。由各工法中I临吋支护最大压应力出现吋的支护应力可知：①临吋支护受力由大到小依次为方法1（11

7、.1MPa）>方法2（9.86MPa）>方法3,4（8.04MPa）；②方法I，3,4临吋支护的最大压应力均出现在中间岩柱中下台阶开挖之前，而方法2出现在中间岩柱全部开挖之后；③方法I,3,4临吋支护的最大压应力出现在临吋支护的最顶端，而方法2的最大压应力出现在临吋支护的最底端。2）初期支护受力情况经过对初期支护受力分析，初期支护主要受压。由各工法初期支护受力情况可知:①4种方法中初期支护最终的最大压应力均出现在仰拱脚部位;②方法1〜4的最大压应力依次为7.93，8.16,8.10，8.

8、09MPa,方法1最小，但4种方法差别不大，且均在初期支护材料的抗压强度之内；③方法3和4的初支最终应力很接近，两种方法的初支应力均在拆除临吋支护计算步吋有较大增加。3）围岩塑性区情况围岩塑性区体现了施工过程中围岩受力的好坏及围岩稳定性，这里分别对两侧导洞开挖后（第9计算步）中间岩柱围岩塑性区和二衬后（第16计算步）围岩塑性区进行了分析。由各工法中间岩柱塑性区对比可知，随着中间岩柱体积的减小，改进方法中问岩柱的塑性区面积均有所增大，但增大面积不大，且中间岩柱的塑性区均