大断面连拱隧道中洞法施工技术研究

1、大断面连拱隧道中洞法施工技术研究摘要：我国地下铁道的施工方法从无到有，结合 中国的国情，在实践中不断的发展和提高，先后采用了明挖 法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法等施工技术。有些技 术的研究与应用己达到国际先进水平，这些施工技术不仅推 动了我国地下铁道建设的发展，同时也应用到城市建设的其 他工程领域，推动了我国城市建设的施工技术水平的发展。关键词：地下铁道；连拱隧道；力学模型中图分类号:u455文献标识码：a文章编号:1009-2374(2014) 08-0109-021工程概况在建深圳地铁7号线工程深云至安托山区间隧道受线路 条件影响，部分区段并行隧道最小净距约2. 0m,单洞隧道开 挖净

2、宽16.2m,净高12.45m,埋深13. 519.5m,并行长度 约 30. 7m。本区间范围内上覆第四系人工堆积层(q4ml)、残积层 (qel),下伏燕山期花岗岩(丫53)。隧道洞身主要位于中、 微风化岩层中，局部拱顶位于强风化地层。本场地地下水按 赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水，隧道洞身范围主要为 基岩裂隙水，稳定地下水位埋深3. 5& 4m,水位变幅0. 502. 00mo设计采用分离式连拱隧道结构，以下主要对岩面较高情 况进行模拟分析（中洞开挖高度根据岩面调整，图1虚线所 示）。图1连拱隧道断面图2施工工法数值计算分析目前，地下结构常规和公认的计算方法有两种，即荷载 -结

3、构模型和地层-结构模型。本次计算由于需要考虑围岩的 材料非线性特性、区间隧道开挖的施工步骤和开挖面空间效 应所形成的三维状态，因此采用地层-结构模型。2. 1力学模型模型上边界为地表（自由边界），底边界取到隧道底以 下30m （约为2h, h为主洞矢高，活动较支座），宽度取120m （约为7d, d为单洞跨度），线路纵向考虑边界效应取30m。计算中采用不同的本构模型模拟不同的材料，对于衬 砌、中墙等应用线弹性模型，而各层土体采用莫尔-库仑 （m-c）模型。区间隧道的初衬、二衬采用程序中的板单元 模拟，锚杆则采用程序中的植入式桁架单元模拟，注浆体采 用改变材料力学参数来实现。隧道支护结构模型如图

4、2所示:图2隧道支护结构模型2.2施工过程模拟根据施工步骤图，数值分析中对各施工步序进行了逐步 的模拟，下面是模拟的具体施工过程：（1）主体结构拱部大 管棚采用改变地层参数（拱圈外1.5m）模拟；（2）小导洞釆 用上下台阶法施工，台阶长度为5m； （3）回填灌注小导洞后 的墙后空间；（4）模拟开挖主洞1部，开挖每循环进尺1.0m, 增加壳体模拟临时中隔壁，并完成左半部初期扣拱支护及仰 拱封闭；（5）模拟开挖主洞2部，落后1部5m,开挖每循环 进尺1.0m,增加壳体模拟临时中隔壁，并完成右半部初期扣 拱支护及仰拱封闭；（6）模拟开挖主洞3部，落后2部5m, 开挖每循环进尺1.0m,增加壳体模拟临

5、时中隔壁，并完成仰 拱封闭；（7）模拟开挖主洞4部，落后3部7m,开挖每循环 进尺1.0m,增加壳体模拟临时中隔壁，并完成仰拱封闭；（8） 分段（10m）拆除底部中隔壁壳体，激活二衬底板结构单元;（9）分段（10m）拆除上部临时支护壳体，激活二衬边墙和 拱顶结构单元。九个关键施工步序的程序实现：开挖中导洞、开挖左上 台阶、开挖右上台阶、开挖左下台阶、开挖右下台阶、开挖 左上拱、开挖右上拱、开挖左下拱、开挖右下拱。2.3计算结果与分析以下着重从地表沉降、支护结构变形、地层应力分布等 三个方面进行计算，并进行相应的理论分析。2. 3. 1地表位移。每道步序引起的围岩沉降及地表沉降 各有不同，最大沉

6、降量为隧道完成后的沉降，如下图3所示:图3 （最大沉降27. 75mm,最大回弹13.44mm,地表最 大沉降14. 99mm）从以上分析结果来看，施工过程最大压沉降为27. 75mm, 小沉降变形控制值（小于30m）,地表最大位移出现在地形变 化转折处，其受左侧开挖的影响较右侧明显，相对来说在右 侧开挖以后地表最大位移有减少的趋势。在大面积开挖左上 拱的过程中，地表位移变化较大，建议施工中减少开挖进尺, 及时支护。图4 （最大变形量拱顶竖向位移27. 55mm）2. 3. 2支护结构变形。每道步序引起的支护结构变形量 各有不同，隧道最大变形量为最终完成后的变形，如下图4 所示：2. 3.3地层应力分布。每道步序引起的地层应力各有不 同，地层最大应力为隧道完成后的地层应力，如下图5所示:图5地层应力图从分析结果来看，开挖引起隧道侧墙及中墙出现最大压 应力（施工过程最大压应力2.6mpa）,但远小于微风化岩体 的 75mpa。3结语通过以上对三种工法力学模型的建立，施工过程的模 拟，以及施工影响的计算分析，初步得出如下结论：小净距大断面暗挖隧道采用连拱断面，结合中导洞法开 挖施工是合理的。中导洞开挖高度可根据岩面情况作适当调整，但由于开 挖步序不同步所产生的偏