小净距隧道设计中夹岩柱受力状态探究研究.doc

小净距隧道设计中夹岩柱受力状态探究研究【摘要】本文采用有限元模型对不同净距的隧道中间岩 柱的受力、变形进行了分析，总结出了不同净距隧道中间岩 柱的受力及变形情况，及不同净距隧道开挖过程中特征点应 力和位移的变化特点关键词】小净距；有限元模型；中间岩柱；受力状态 随着我国高等级公路建设的迅猛发展，隧道越来越多 地出现在公路建设中目前在山区高等级公路建设中遇到长 度为1000m以下的中、短隧道数量较多，在碰到鸡爪地形时, 就会出现隧道群方案，桥隧相连，路线线形布设困难， 建造连拱隧道则存在着诸如施工难度大、工序复杂、建设周 期长、造价高、结构容易开裂、衬砌漏水等一系列问题针 对这些问题，本文拟提出一种新的设计方法即小净距隧道 设计，小净距隧道由于中间岩柱宽度较小，中间岩柱的受力、 变形会受到两边隧道开挖的影响，如果盲目地进行加固处理 会提髙工程的造价，处理方法不当又难以保证中间岩柱的稳 定本文采用有限元模型对不同净距的隧道中间岩柱的受 力、变形进行了分析，总结出了不同净距隧道中间岩柱的受 力及变形情况，及不同净距隧道开挖过程中特征点应力和位 移的变化特点1. 中夹岩柱加固中夹岩柱预加固的目的主要是为了最大限度地保证中 夹岩柱的完整性， 以提高开挖过程中围岩的自承自稳能 力。

当中夹岩柱为4m〜6m时，宜采用25mm的水平对 拉预应力锚杆对其进行加固， 若地质条件较差， 可加设 小导管对中夹岩柱进行注浆加固， 注浆材料应根据地质条 件、地下水情况以及注浆材料的适用性等确定； 当中夹岩 柱为6m〜15m时，宜采用胀壳式低预应力锚杆（仅内侧 加长） 进行加固， 在地质条件较好时， 也可采用普通 中空注浆锚杆或砂浆锚杆在内侧（中夹岩柱） 加长并进 行加固2. 隧道设计双洞小净距隧道是介于普通分离式双洞隧道和连拱隧 道之间的一种结构形式， 其双洞净距比较小， 净间距一 般小于一倍隧道开挖洞跨目前国内双洞小间距隧道净间距 的取值一般为5m〜15m, 主要采用单、双侧导洞法、超前 导洞预留光爆层法等施工方法进行施工在一般小净距隧道 的设计中，由于考虑到双洞间施工的相互影响， 因此其设 计参数比分离式双洞的设计参数略高本文以洞身的V级围 岩段为例，其他衬砌类型不一一例举2. 1分析模型计算模型分别取净距为14m、8m两种工况进行计算，分 析小净距隧道的受力状况围岩采用实体单元，初衬采用实 体壳单元，锚杆采用杆单元，锚杆与围岩问变形协调模型 建立时选取了 3〜5倍洞径（3D〜5D）的计算范围，长 度方向（Z轴）沿洞轴取60m、宽度（X轴）方向 取120ni （含隧道截面及中壁岩柱）、高度（Y轴）方向取70m （含隧道截面3〜5倍洞径） 作为本次计 算的范围。

该模型共划分为近4800个节点、3900个单元 隧洞区域有限元模型见图2-3.2.2计算方案及参数的选取计算主要考察净距改变后，围岩受力的变化规律， 因此在计算过程中，先开挖左洞，待左洞开挖完毕后再 开挖右洞，并借此考察右洞开挖对左洞的影响计算中， 物理力学参数是在本隧道室内试验资料综合分析的基础上 选取的， 由于本隧道是以变质粉砂岩为主， 因此以该类岩石的物理力学参数值作为计算中的参数表1围岩及材料计算参考数值2. 3计算结果分析计算时， 分别列出了各种工况下左洞开挖及左右洞均 开挖后的应力云图（见图4-图7 ）, 以及最大应力值及拱顶下沉的变化（见表3 ） o考虑到空间效应的影响， 应力云图及各项取值均取自模型的中间位置综合应力云图、最大应力值及拱顶下沉值的变化规律， 现分析总结如下开挖后的隧道，总体处于受压应力状态最 大应力值位于两侧拱脚处表2最大应力值及拱顶下沉值列表计算中左洞开挖先于右洞， 其开挖后应力状态随净距 的变化较小，但对未开挖的右洞存在一定的影响，这种 影响随着净距的减小而明显增大，从应力云图来看，当 净距等于8m时，左洞开挖将影响到右洞未开挖岩体的应 力重分布， 因此施工中开挖右洞时应引起重视。

从左右洞开挖后的应力云图及最大应力值来看， 在本 次计算的两种工况条件下，右洞的开挖均对已开挖的左洞 产生影响： 当净距D=14m时， 右洞的开挖将引起左洞的 0.1增加1. IMPa ,中壁岩柱位置应力重叠部分逐渐加大, 其中间位置处的最大应力值达5. 26MPa ；当净距D=8m时, 右洞的开挖将引起左洞的0. 1增加1. 8MPa , 中壁岩柱位 置应力重叠部分进一步增加，其中间位置处的最大应力值 达 6.02MPa„隧道开挖后未产生塑性区，隧道拱顶处的位移，随 着净距的减小亦明显加大，通过对其分析可以看出，右 洞开挖及净距的变化对隧道的影响规律与3.3.3中分析的 结论是一致的3.小净距隧道开挖注意事项在小净距隧道开挖过程中， 随着净距的减小， 后行 洞的开挖会引起现行洞周边围岩应力的提高中壁岩柱由于 产生了应力重叠区， 使得其受力状态处于十分不利位置， 特别当隧道间净距减小到8m以后，中壁岩柱中间位置处 的应力值将明显增大，在实际工程中应给予高度重视， 采取必要的加强围岩的措施因此， 在左右线净间距小于 14m时，应采用单、双侧壁导坑法以确保施工安全在隧道开挖过程中.中间岩柱的位移有一个先左后右的 趋势，这对中间岩柱的稳定是不利的，因此在施工过程中尽 量使中间岩柱的形成时间靠后以减少中间岩柱的疲劳损坏。

初期支护对中间岩柱应力的扩展有很好的遏制作用，因此在 小净距隧道施工过程中要充分重视初期支护对中间岩柱的 保护作用，初期支护的主要方法有注浆加固和锚杆加固，施 工时应结合隧道围岩类型、施工方法等灵活选用小净距隧道都比较短，地形、地质情况相对较差，因 此需对隧道洞口进行处理，包。