浅埋软岩小净距隧道掌子面施工间距数值模拟优化分析

浅埋软岩小净距隧道掌子面施工间距数值模拟优化分析

谢彬彬

重庆交通大学土木工程学院 重庆市 400074

摘要:结合鱼岭园2#隧道，采用FLAC^3D数值模拟分析了不同施工间距下Ⅴ级浅埋软岩小净距隧道中夹围岩应力应变特性及其稳定性，探讨了小净距隧道合理施工间距、控制围岩稳定、施工质量和安全的措施。结果表明：施工间距会对浅埋软岩小净距隧道的中夹围岩稳定性产生不利影响。当左右洞均采用两台阶开挖且浅埋侧（左洞）先行，随着施工间距的增大，对中夹围岩稳定性的扰动逐渐减小，从保证工程的安全和经济的角度，建议该浅埋软岩小净距隧道采用施工间距为2.5倍洞径左右以保证隧道施工质量与安全。

关键词:小净距隧道；施工间距；中夹围岩；数值模拟

0 引言

随着现代隧道技术的发展，越来越多的隧道投入到建设中来，其中有不少小净距隧道^[1-2]。由于小净距隧道在复杂地质条件下能够较好的衔接桥隧，实现总体线形优化，并且受地形及规划平面要求等因素的影响，因此, 近年来，高速公路、铁路、地铁等越来越多地采用小净距并行隧道方案^[3]。

为了解决此类工程的开挖难题，依托鱼岭园2#隧道工程，采用FLAC^3D软件建立数值模型，对浅埋软岩小净距隧道的合理施工间距进行研究分析，这对于保证浅埋软岩小净距隧道施工的安全性具有重要的实际意义。

1 工程概况

鱼岭园 2#隧道位于竹山县潘口乡和上庸镇境内，该隧道为分离式两车道隧道（出口段小净距，最小净距为5.75m），并且是一座浅埋偏压软岩隧道，隧道的左幅进口桩号 K12+516，出口桩号 K14+024，；右幅进口桩号YK12+500，出口桩号 YK14+008。左、右线隧道共分9个围岩段，围岩级别分属于Ⅲ～Ⅴ级。

2 隧道施工数值模拟

2.1 计算模型的建立及参数

本文采用FLAC^3D软件建立的是三维模型，模型两侧边界至隧道中心线距离为70m，底部边界至隧道距离为60m。纵深为120m，以2m为一个开挖循环步。具体模型见下图1。

图1 数值计算模型

表1 结构的物理力学特性

2.2 模拟计算工况

采用两台阶法进行开挖，选取浅埋侧（左洞）为先行洞，深埋侧（右洞）为后行洞，而先、后行洞的施工间距分别选取0 m、10 m、20m、30 m和40m五种工况进行施工过程的数值模拟。为了保证计算结果的准确性，对左洞完全挖通。

3 计算结果分析

3.1 围岩位移分析

图2 不同施工间距围岩最大位移曲线图

由图2可知，随着隧道开挖循环的增加其不同施工间距外部围岩最大位移的变化规律基本一致。在施工间距为0m、10m、20m时，外部围岩最大位移有较大的发展，随着施工间距的增大，外部围岩的最大位移逐渐减小；施工间距为30m、40m时，外部围岩最大位移的发展趋势趋于一致。

3.2 中夹围岩的扰动效应分析

图3 不同施工间距下中夹围岩最大位移曲线图

由图3可知，在不同的施工间距下，随着开挖步的增大，中夹围岩最大位移值逐渐增大，增大的趋势基本上一致；当施工间距为0m，10m、20m时，中夹围岩的最大位移值有较大发展，即随着施工间距的增大，中夹围岩的最大位移值呈现出不断减小的趋势，这说明施工间距的不同对中夹围岩的最大位移值的影响较大，从强度理论考虑，其不利于中夹围岩的稳定，当施工间距为30m、40m时，中夹围岩的最大位移值发展趋势逐渐趋于一致，有利于施工安全。

4 结语

通过分析不同掌子面施工间距下浅埋软岩小净距隧道围岩最大位移值和中夹围岩最大位移值的变化规律，可以认为浅埋软岩小净距隧道在浅埋侧隧洞作为先行洞时，先、后行洞的施工间距应保持在2.5倍洞径左右，并且在浅埋软岩小净距隧道施工过程中需加强对洞周位移收敛及中夹围岩位移的监测。

参考文献

[1] 晏启祥,何川,姚勇,李玉文,徐德玺.软岩小净距隧道施工力学效应研究[J].地下空间与工程学报,2005(05):693-697.

[2] 龚建伍,雷学文.大断面小净距隧道围岩稳定性数值分析[J].岩土力学,2010,31(S2):412-417.

[3] 蔡骁. 浅埋偏压小净距隧道施工相互影响研究[D].重庆交通大学,2016.