暗挖隧道与基坑交界处的管棚拆除技术研究.pdf

第42卷第4期2023年4月Vol.42 No.4Apr.2023重庆交通大学学报(自然科学版)JOURNAL OF CHONGQING JIAOTONG UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)DOI:10.3969/j.issn.1674-0696.2023.04.07暗挖隧道与基坑交界处的管棚拆除技术研究张学富，李宁杰周元辅1，2,陈相阁1，2,贾家银3（1.重庆交通大学土木工程学院，重庆400074；2,重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室，重庆400074；3,中环建设有限公司，重庆401120）摘要:由于城市环境复杂，暗挖隧道施工风险极大，暗挖转明挖时有发生。为了保障暗挖转明挖施工过程中隧道段 安全,通过数值分析，研究了对管棚已施作的情况下,明挖施工时先拆除管棚后放坡开挖、施工围护桩后先拆除管棚 后开挖、施工围护桩后拆除管棚和开挖同时实施3种方案。结果表明,明挖施工导致管棚受力增加40%,先行洞的 管棚受力不利于后行洞的管棚受力，先行洞的管棚轴力最大增加了 50%；在围护桩完成后管棚拆除和开挖同时施 工中的管棚弯矩变化比先拆管棚后开挖施工中的管棚弯矩变化大约10倍;基坑围护桩的施作能够减小管棚拆除产 生的弹性变形，管棚拆除改变了其位移曲线形状，管棚拆除前后的最大变形从0.7 c m减小到0.1 c m；隧道暗挖管 棚段转明挖后建议设置基坑围护桩和先拆管棚后开挖施工的方案。研究结果可为类似项目提供理论依据和施工经 验。关 键 词:隧道工程;城市隧道;管棚拆除;管棚内力;管棚变形中图分类号:U455 文献标志码:A 文章编号:1674-0696（2023）04-047-08Removal Technology of Pipe Shed at the Junction of Underground Tunnel and Foundation PitZHANG Xu efu1,2,LI Ningjie1,2,ZHOU Yu a nfu1,2,CHEN Xia ngge1,2,JIA Jia y in3(1.Col l ege of Civil Engineer ing,Chongqing Jia ot ong Univer sit y,Chongqing 400074,China；2.St a t e Key La b or a t or y of Mou nt a in Br id ge a nd Tu nnel Engineer ing,Chongqing Jia ot ong Univer sit y,Chongqing 400074,China;3.Zhonghu a n Const r u c t ion Co.,Lt d.,Chongqing 401120,China)Ab st r a c t:Du e t o t he c ompl ex u r b a n envir onment,t he c onst r u c t ion r isk of u nd er gr ou nd ex c a va t ion is ver y gr ea t,a nd t he t r a nsfor ma t ion fr om u nd er gr ou nd ex c a va t ion t o open ex c a va t ion oft en t a kes pl a c e.In or d er t o ensu r e t he sa fet y of t he t u nnel sec t ion d u r ing t he pr oc ess o c onver t ing fr om u nd er gr ou nd ex c a va t ion t o open ex c a va t ion,t hr ee sc hemes wer e st u d ied for t he c a se wher e t he pipe shed ha d a l r ea d y b een c onst r u c t ed,na mel y,d emol ishing t he pipe shed b efor e sl oping ex c a va t ion d u r ing open ex c a va t ion c onst r u c t ion,d emol ishing t he pipe shed a ft er c onst r u c t ing t he r et a ining pil e b efor e ex c a va t ion,a nd d emol ishing t he pipe shed a ft er c onst r u c t ing t he r et a ining pil e a nd simu l t a neou sl y impl ement ing ex c a va t ion.The r esu l t s show t ha t t he open ex c a va t ion c onst r u c t ion r esu l t s in a 40%inc r ea se in t he st r ess on t he pipe shed,a nd t he for c e of t he pipe shed in t he fir st hol e is u nfa vou r a b l e t o t he for c e of t he pipe shed in t he sec ond hol e.The a x ia l for c e of t he pipe shed in t he fir st t u nnel inc r ea ses b y a ma x imu m of 50%d u r ing.Aft er t he c ompl et ion of t he r et a ining pil e,t he b end ing moment c ha nge of t he simu l t a neou s d emol it ion a nd ex c a va t ion of t he pipe shed is a b ou t 10 t imes l a r ger t ha n t ha t of t he pipe shed d u r ing ex c a va t ion.The a ppl ic a t ion of r et a ining pil e in fou nd a t ion pit c a n r ed u c e t he el a st ic d efor ma t ion c a u sed b y t he d emol it ion of pipe shed,a nd t he sha pe of it s d efl ec t ion c u r ve is c ha nged b y t he d emol it ion of pipe shed The ma x imu m d efor ma t ion b efor e a nd a ft er t he r emova l of t he pipe shed d ec r ea sed fr om 0.7 c m t o 0.1 c m.It is r ec ommend ed t o set t he r et a ining pil e of fou nd a t ion pit a nd t o r emove t he pipe shed b efor e ex c a va t ion a ft er t he t r a nsfor ma t ion fr om u nd er gr ou nd ex c a va t ion t o open ex c a va t ion.The r esea r c h r esu l t s c a n pr ovid e t heor et ic a l b a sis a nd c onst r u c t ion ex per ienc e for simil a r pr ojec t s.Key wor d s:t u nnel engineer ing;u r b a n t u nnel;pipe shed d emol it ion;pipe shed int er na l for c e;pipe shed d efor ma t ion收稿日期:2021-04-16；修订日期:2021-07-06第一作者:张学富（1972），男,重庆人，教授，主要从事隧道及岩土工程方面的研究。E-ma il:zha ngx u efu 400094 126.c om通信作者:周元辅（1982），男,重庆人，教授，主要从事隧道及岩土工程方面的研究。E-ma il：zhou y f-666 163.c om48重庆交通大学学报（自然科学版）第42卷0引言城市隧道穿越周边环境、水文地质复杂地段时,管棚作为一种有效的超前加固措施经常被使用。由 于此类段落风险极大，暗挖转明挖的施工时有发生,管棚的受力状态对施工安全影响极大。目前国内研 究主要集中在对管棚受力机制、功能、加固效果、参 数分析等方面。管棚在施工中出现凹形纵向变形,其变形与开挖面位置、隧道开挖进尺等因素有密切 关系。苟德明等证明，采用弹性固定端双参数 弹性地基梁模型分析管棚受力特征是可行的;王道 远等以管棚超前预支护变形理论建立了计算模 型,结果表明,满足管棚远端超掌子面前方2倍台阶 高度即可。采用管棚注浆法能提高松软地层的整体 性，减小隧道施工过程中的应力集中,从而达到增强 隧道自身整体稳定性。管棚注浆法能抑制浅埋 黄土地层的变形和拱顶下沉，减少隧道初期支护结 构的变形和受力，避免浅埋黄土地层开挖中塌方现 象的产生。超前管棚在特殊地质地段进行使用，能有效地减小地表下沉和围岩变形。管棚法能 有效控制隧道围岩的竖向位移量和喷混层拱顶应力 集中现象。双层管棚在隧道开挖过程中能够有 效减小土层沉降、初衬弯矩和土体的塑性变形，对土 层起到显著的加固效果。减小管棚挠度和内力 最有效的方法是合理布置管棚的安装间距和采取合 理的注浆量。管棚能承担更多的上部围岩压力，更好地控制围岩位移。隧道管棚直径越大，初期 支护及临时支撑的内力、地表沉降越小。现有研 究主要针对隧道暗挖段管棚控制地表沉降、围岩变 形、支护受力、管棚自身内力和变形。上述研究表明，管棚段暗挖转明挖后，明挖范围 内管棚拆除过程中管棚受力和变形规律还未得到更 多关注。笔者通过数值模拟,分析了明挖施工时先 拆除管棚后放坡开挖、施工围护桩后先拆除管棚后 开挖、施工围护桩后管棚拆除和开挖同时实施3种 方案中管棚的位移和内力变化规律。研究结果可为 类似暗挖隧道管棚段转明挖施工提供参考。1依托工程概况及数值模型1.1依托工程概况隧道为浅埋连拱隧道（图1），隧道断面为71.1 m2o 该隧道开挖过程中，隧道原设计采用了管棚超前支 护（图2）,由于施工中发现风险极大,将部分管棚段 由暗挖改为明挖，在基坑东端内（Kl+693K1+733）存在一定长度的管棚支护,施工时需将基坑范 围内管棚拆除。图1隧道断面及管棚示意Fig.1 Diagram of tunnel section and pipe shedE69+IN於+12管棚影响段（52 m）图2隧道基坑平面Fig.2 Plane of tunnel foundation pit1.2工况及计算步骤根据前述3个施工方案，笔者设置了 3个分析 工况:工况1为明挖施工时先拆除管棚后放坡开挖;工况2为明挖施工时施工围护桩后先拆除管棚后开 挖;工况3为明挖施工时施工围护桩后管棚拆除和 开挖同时实施。根据该项目施工方案，基坑开挖采 用分层开挖，每层开挖厚度为2 m；暗挖隧道的循环 进尺为2 m,计算模拟步骤如表lo表1计算步骤Table 1 Calculation steps计算步骤 工况1 工况2 工况3每步左隧道开挖2 m及施作初支二衬2 m每步左右隧道同时开挖2m及施作初支二衬2m设置桩支护 设置桩支护,在基坑开挖到9 亦除目硼 及拆除管棚m和11 m时分别拆除管棚 基坑开挖1m厚及施作基坑初支二衬1m 每步基坑开挖2 m厚及施作基坑初支二衬2 m,其中步 骤22中设置第1排横撑，步骤24中设置第2排横撑步骤5步骤6步骤15步骤16步骤17步骤18 步骤25第4期张学富，等：暗挖隧道与基坑交界处的管棚拆除技术研究491.3数值模型及计算参数隧道段长为20 m,基坑段长为60 m、宽为20 m、深为15 m（图3）,地层主要为杂填土和砂质泥岩（表2）,综合岩土体组合及岩体结构特征等实际地 质条件，假定岩土应力、应变之间的关系为弹塑性关 系，岩土体采用Dr u c ker-P r a ger弹塑性本构模型。土 体及初支采用实体单元，二衬采用壳单元（图3）。双 层管棚（总长度为52 m,单洞一层30根,共两洞两层）及横撑（基坑深度为3.5,9.5 m处各设一排横撑，沿 基坑长度方向间距为4 m,排15根）采用梁单元;基 坑围护桩（截面面积为1.1 n?,沿基坑长度方向间距 为2叫共30根，沿基坑宽度方向间距为2 m,共11 根）采用桩单元（图4）。模型中根据不同的岩性分析 建立了相应的实体。管棚内力和位移监测点共布置 53个断面，每间隔1 m布置一个监测断面。每个断面 布置12个监测点，其中左洞、右洞各6个监测点。左 洞、右洞每个隧道断面分别在拱顶、左拱腰与右拱腰 的同一竖向位置的内外管棚布置一个测点，分别为 G、G、炉、G3、Fo 下文分 析中，各测点内力为同一竖向位置的内外管棚测点的 内力之和，如Fg产F+F;各测点位移为同一竖向 位置的内管棚测点的位移之和,如lg1=lGi+L。表2计算参数Table 2 Calculated parameters材料密度/(kg/m3)弹性模量/GP a泊松比内摩擦 角/（。）黏聚力/kP a杂填土2 1500.040.303015.00砂质泥土2 4250.030.333014.65初期支护2 40030.000.20二次衬砌2 50030.000.20管棚7 800200.000.30围护桩2 50030.000.20图3隧道初支和二衬Fig.3 Tunnel initial support and secondary liningx 基坑横撑基坑围护桩图4管棚、围护桩及横撑结构Fig.4 Pipe shed,retaining pile and cross braced structure图5隧道横截面管棚监测点Fig.5 Pipe shed monitoring points of tunnel cross-section2计算结果分析2.1管棚内力分析2.1.1 基坑内管棚拆除前管棚轴力3个工况中管棚安装的施工过程相同,3个工况 中管棚的安装内力如图6（a）,G1和G2在沿长度方 向1、2 m处出现最大轴力（51.3,51.7 kN）,64在 2 ni处出现最大轴力（12 kN）。由图6（a）可以看 出，隧道施作支护结构使管棚04 m处的轴力较 大，未设支护段有明显的轴力下降，同时左隧道先行 开挖（左隧道管棚先安装）使得左右隧道同一位置 管棚轴力最大差距达到45 kN。由图6（b）可知，基坑范围内的管棚拆除前时,由于管棚1m处受到较大的隧道开挖和支护抗力的 影响,造成左右隧道G2（579 kN）和G5（401 kN）处 轴力值相差较大（178 kN）。同时沿着管棚长度方 向,管棚的轴力不断变化,2 m（循环进尺为每2 m 段）一个变化幅度，变化幅度最大达到340 kN,每段 支护交界处的管棚轴力均较大，每段支护结构中间 的管棚轴力均较小，可以看出隧道支护结构交界处 为管棚受力最不利位置。根据图6（c）,在管棚拆除前时，G2和G5在管 棚1 m处出现最大轴力值（580,294 kN），同时G3和 66在临近明暗交界处出现了管棚轴力最大值（491、483 kN）。与工况1相比，围护桩的施作能在临近隧 道基坑交界处缩小左右隧道管棚受力差值，使其管 棚受力更加对称，减少左隧道先开挖带来的左右隧 道管棚受力不均的影响。根据图6（d）,在管棚拆除 前时,G2和G5在管棚1 m处出现最大轴力值（618、275 kN）o与工况1、工况2相比，基坑的开挖对远离 基坑段的管棚影响较小，减少了基坑段的土对隧道 段管棚的侧向压力，但进行了基坑支护处理,存在一 个基坑支护结构的侧向抗力，造成隧道基坑交界处 的管棚最大轴力值减小了 220 kN。以上分析可以看 出,左右隧道先后开挖会相互对管棚产生影响，使左 右隧道的管棚轴力不均，但是围护桩可以很好的抑 制这种情况。所以在双洞隧道同时开挖与支护时,50重庆交通大学学报(自然科学版)第42卷建议采用明挖施工时先拆除管棚后放坡开挖。600 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52(UVN兰H挥(a)管棚安装完成时50 l402 25 5484844444040G1G2G3G4G5G6G1G2G3G4G5G6管棚长度/m700600N 500 宾400 3002001000管棚长度/m50G1G2G3G4G5G6G1G2G3G4G5G63020100管棚长度/m(b)工况1中管棚拆除前(d)工况3中管棚拆除前时图6隧道管棚轴力曲线Fig.6 Axial force curve of tunnel pipe shedOLOOLO100100(2(2言衆帥O O2020-I-I o o o Oo o o O4 3 2 14 3 2 1(2(2言衆帥8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52管棚长度/m(c)工况2中管棚拆除前时G1G2G3G4G5G6G1G2G3G4G5G6806040806040G1G2G3G4G5G6G1G2G3G4G5G68 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 管棚长度/m(d)工况3中管棚拆除前时(MN盍帥2.1.2 基坑内管棚拆除前管棚弯矩隧道管棚弯矩曲线如图7。由图7(a)可知，隧 道开挖增加了管棚的弯矩，随着管棚距离掌子面越 远,管棚的弯矩值越小。由图7(b)、图7(c)可知,工况1与工况2中的管棚弯矩大小类似,G2均在3 m处出现最大弯矩值(40.2、41.4 kN/m),相比于安 装时同一位置处的管棚弯矩值减小9 kN/mo管棚 在临近右隧道掌子面的位置，造成65弯矩增加 34.3 kN/m(工况 1)和 34.4 kN/m(工况 2),G2 弯矩 增加17.8 kN/m(工况1)和19 kN/m(工况2),可 以看出，右隧道开挖加大隧道管棚的竖向受力，但施图7隧道管棚弯矩曲线Fig.7 Bending moment curve of tunnel pipe shed作完支护结构后管棚竖向受力会减小,造成其掌子 面上方的管棚竖向受力最不利。左右隧道开挖相互 影响，造成隧道拱腰处(G2、G5)的管棚弯矩大于同 一断面其他位置的管棚弯矩(最大差值30.7 kN/m)o由图7(d)可知,管棚在明暗交界处出现沿管 棚长度方向的最大值。各管棚中，G2和G5弯矩为 此处最大值(84.1,74.2 kN/m),可以看出，明暗交 界处的管棚竖向受力最不利。隧道开挖对管棚的竖 向弯矩产生的最大影响为39.0 kN/m,基坑开挖对 第4期张学富，等：暗挖隧道与基坑交界处的管棚拆除技术研究51管棚竖向弯矩产生的最大影响为53.4 kN/m,可以 看出，基坑开挖比隧道开挖对管棚竖向受力的影响 更大，相当于隧道开挖影响的1.4倍。从以上分析 中可以看出，工况3中的基坑开挖对管棚的影响大 于隧道开挖对管棚的影响，因而类似工程优先考虑 工况1和工况2的施工方法。2.1.3 基坑内管棚拆除后剩余管棚的轴力管棚拆除后轴力曲线如图8。根据图8(a),基 坑范围内管棚拆除后,管棚轴力迅速下降，管棚轴力 最大减小280 kN,但左隧道上方管棚所承受的轴力 依然更大一些，距离右隧道较近的G2,其管棚轴力 最大(300 kN),比G5管棚轴力大220 kNo与拆除 之前相比,两管棚轴力差距增加50 kN,可以看出,基坑内管棚的拆除会增加左右隧道管棚轴力的差 距，需要相应支护结构缩小管棚轴力差距。在明暗 交界处的位置,没有了基坑范围内管棚传来的变形 和内力影响，造成管棚轴力显著减小,均减小80G1G2G3G4G5G6G1G2G3G4G5G6N W E挥700600500400300200100070060050040030020010001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12管棚长度/m(b)工况2OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO7 6 5 4 3 2 17 6 5 4 3 2 1 N W E挥图8管棚拆除后轴力曲线Fig.8 Axial force curve after dismantling the pipe shed根据图8(b)，隧道管棚在04 m段的轴力值最 大变化为10 kN,其数据与工况1对比，可以看出施 作围护桩可以抑制G2和G5在04 m段受管棚拆 除的影响,避免产生较大的轴力变化,使其整体结构 更加稳定。在明暗交界处，管棚拆除减小80120 kN管棚轴力值，受最大影响的是G3和G6,管棚轴 力最大减小123 kN。但同一断面的管棚轴力差值不 大,最大轴力相差80 kN。与工况1相比，工况2施 作围护桩能抑制管棚拆除对管棚04 m段管棚轴 力的变化,减小左右隧道的管棚轴力差值，使隧道内 剩余管棚结构更加稳定。根据图8(c),管棚拆除使 临近明暗交界处的管棚沿长度方向轴力增加，均增 加50-100 kN,管棚拆除减小隧道内剩余管棚的轴 力，但基坑开挖和基坑支护反力使临近基坑处的管 棚轴力相对较大。工况2中临近明暗交界处的管棚 轴力均小于35 kN,可以得出，基坑开挖无论在拆除 前或拆除后，基坑开挖和基坑支护反力对临近明暗 交界处的管棚轴力影响均较大。从以上分析中可以看出，工况2、工况3中施作 围护桩能抑制基坑内管棚拆除所带来的管棚轴力的 变化影响,但工况3中基坑开挖和基坑支护结构的 影响增加明暗交界处管棚的轴力。在有围护桩的情 况下,优先选用先拆除管棚后开挖。2.1.4 基坑内管棚拆除后剩余管棚的弯矩根据图9(a)，基坑内管棚拆除后，在远离明暗 交界处剩余管棚竖向弯矩的增大幅度较小，临近明 暗交界处剩余管棚竖向弯矩的增大幅度较大。G3 和G6为竖向弯矩增大幅度最大(5.4,6.4 kN/m),G2、G5竖向弯矩的变化幅度甚小。与工况2相比,管棚竖向弯矩增大幅度最大处为63(7.5 kN/m)和 G6(6.9 kN/m),可以看出，施作围护桩能减小隧道 内剩余管棚的竖向弯矩。根据图9(c),基坑内管棚 拆除后，明暗交界处的管棚竖向弯矩几乎为零，且管 棚的竖向弯矩变化均最大，变化最大处分别是 G2(83.8 kN/m)和G5(74 kN/m),距离明暗交界处 较远的管棚竖向弯矩变化幅度甚小。随着基坑开挖 的进行，拆除管棚比先拆除管棚的管棚内力大10倍 左右。由此表明，在基坑开挖前先拆除管棚可以有 效地减小管棚的内力变化。由以上分析可以看出，工况2、工况3中围护桩 的施作可以减小隧道范围内剩余管棚的竖向弯矩,但在基坑范围内管棚拆除后，工况3中的剩余管棚 52重庆交通大学学报(自然科学版)第42卷内力比工况2大10倍左右。相比之下，考虑到剩余 管棚结构的稳定,先拆除管棚后开挖较合理。50 rG14G3G4.G5G6G14G3G4.G5G64030201040302010o o504030201005050403020100505 6 7管棚长度/m(a)工况10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12管棚长度/m(b)工况2管棚长度/m2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12管棚长度/m(c)工况3图9管棚拆除后弯矩曲线Fig.9 Curve of bending moment after dismantling the pipe shed2.2管棚竖向位移分析2.2.1 基坑内管棚拆除前管棚竖向位移根据图10(a),管棚的竖向位移受到隧道开挖 的影响，造成左隧道在管棚8 m处位移最大,G1为 最大值(-0.92 c m),G2和G3竖向位移最大相差 0.36 c mo可以看出，临近隧道间隔内的管棚受到隧 道支护侧向的约束,使间隔内岩土受到侧向围压，增 加岩土竖向抗变形能力,从而约束管棚的竖向位移,造成顶部的管棚沉降大于其他位置的管棚沉降。根 据图10(b),G1和G4竖向位移最大(-1.00.-1.10 c m)，右隧道上方管棚比左隧道上方管棚的竖向位 移均大0.10 c mo可以得出，右隧道后开挖,使管棚 产生的竖向位移是左右隧道开挖产生的叠加效应。与管棚安装时对比,随着右隧道开挖和支护,右隧道 上方管棚的竖向位移在迅速增大，最大沉降增量为1.10 c m,在明暗交界处到管棚0 m处，管棚成一个 凹型,即隧道段的管棚沿长度方向的中间处为最不 利处。根据图10(c),与工况1相比，工况2中的管 棚竖向位移均比工况1中的管棚竖向位移大0.10 0.20 c m,管棚竖向位移最大差值出现在Gl(0.30 0.40 c m)o可以看出，施作围护桩会造成管棚沉降 量的增加。管棚长度/m(b)工况1中管棚拆除前(d)工况3中管棚拆除前|.G1-G2-G3-64-G5 G可图10管棚位移曲线Fig.10 Pipe shed displacement curve根据图10(d)，拱顶处的G1和G4在明暗交界 处出现了最大沉降(1.9 c m)，拱腰处的管棚沉降均 为0.5-1.4 c mo与工况2相比，基坑开挖是影响管 棚沉降的主要因素,管棚距离基坑开挖越近受到的 影响也越大，与安装时的最大管棚沉降相差1 c mo 第4期张学富，等：暗挖隧道与基坑交界处的管棚拆除技术研究53可以看岀，基坑开挖对管棚变形的影响比隧道开挖 对管棚变形的影响大。2.2.2 基坑内管棚拆除后剩余管棚的竖向位移管棚拆除后位移曲线如图11。根据图11（a）,隧道内剩余管棚沿长度方向的中间位置为最不利 处,G4出现管棚竖向位移最大值（-1.25 c m）o G4 中间位置的管棚竖向位移与在明暗交界处的管棚竖 向位移相比，最大差值为0.17 c m,其他位置管棚竖 向位移均在0.10 c m内。可以看出，管棚拆除减缓 隧道内管棚沿长度方向成凹形分布，使隧道内剩余 管棚的结构更加稳定。与管棚拆除前相比,管棚拆 除增加隧道内剩余管棚的竖向位移，最大增加0.10 c m,且发生在剩余管棚沿长度方向的中间位置。可 以看出，管棚拆除的瞬间，对管棚沿长度方向中间位 置的变形影响最大。0123456 7 89 10 11 12（b）工况2管棚长度/m图11管棚拆除后位移曲线Fig.11 Displacement curve after dismantling the pipe shed根据图11（b），与基坑内管棚拆除前相比，隧道 内剩余管棚竖向位移最大减小0.10 c m,出现在G1 和G4沿长度方向的中间位置,临近明暗交界处的管 棚竖向位移变化不大。同一隧道断面处其他位置的 管棚，拆除前后的竖向位移变化均在0.06 c m内，可 以得出，工况2中基坑内的管棚拆除对隧道内剩余 管棚的变形影响较小。与工况1相比，施作围护桩 可以减小管棚拆除时产生的变形影响，结构更为安 全。根据图11（c）,管棚拆除对剩余管棚明暗交界 处和沿管棚长度方向中间位置处的管棚变形有影 响，其最大变形出现在隧道拱顶处的管棚（0.50 c m）o与工况1、工况2相比,管棚拆除前后管棚竖 向位移变化幅度相对较大，且使G1、G3、G4、G6在明 暗交界处的位移相差不大（最大相差0.11 c m）,隧 道间隔内的G2和G5的竖向位移相差较大（最大相 差0.52 c m），且除62和65外其他管棚均成沉降形 式（G1、G3、G4、G6 处沉降分别为-4.38,-4.19、-5.20,-4.68 c m）,造成隧道内剩余管棚的竖向位 移沿隧道断面方向成凸形，使隧道间隔内的结构较 为不稳。从以上分析中可以看出，工况2、工况3中施作 围护桩可以减小基坑内管棚拆除对隧道内剩余管棚 的变形影响,但工况3中受基坑开挖对管棚的影响，基坑内管棚拆除后，造成隧道剩余管棚变形幅度较 大，隧道安全性降低。所以相比之下，先拆除管棚后 开挖较合理。3结论针对管棚段暗挖转明挖的情况,通过数值模拟 分析了明挖施工时先拆除管棚后放坡开挖、施工围 护桩后先拆除管棚后开挖、施工围护桩后管棚拆除 和开挖同时实施等3种方案，基于管棚受力和变形 特征，得到如下结论：1）左隧道先行开挖增加了左隧道的管棚受力（最大增加了 50%）。沿管棚长度方向，每段隧道支 护交接处和开挖未支护处的管棚缺少初期支护和二 次衬砌的支撑，此处的管棚受力为最不利，施工过程 中应加强监测。2）基坑内的围护桩减少了左隧道先开挖造成的 隧道上方管棚受力不均的影响（在明暗交界处的管 棚，隧道上方管棚轴力的最大差值从275 kN降到8 kN）。基坑内施作围护桩能使管棚拆除时邻近明暗 交界处的管棚轴力减小80120 kNo管棚拆除时,54重庆交通大学学报(自然科学版)第42卷管棚04 m段产生的较大轴力变化(无围护桩最大 管棚轴力变化280 kN,有围护桩最大管棚轴力变化 10 kN)o围护桩的施作增加管棚的沉降(最大增加 0.40 c m)，但使管棚拆除前后的最大变形从0.70 c m 减小到0.10 c m。围护桩能减小基坑内管棚拆除时 管棚产生的变形,结构更加稳定。3)施工围护桩后拆除管棚和明挖同时实施时,管棚竖向弯矩变化幅度是施工围护桩后先拆除管棚 后明挖的10倍左右。前者基坑开挖产生较大的管 棚沉降位移(最大为1.90 c m)，基坑开挖产生的管 棚竖向弯矩约是隧道开挖的1.4倍;基坑内的管棚 拆除前后，隧道内管棚的竖向位移曲线沿长度方向 从凹形变为半凹形，管棚的最大沉降量从沿长度方 向中端处转为中端处与明暗交界处。4)3种方案中，相对最优施工方案为施工围护 桩后先拆除管棚后明挖。在地质条件比较好、双洞 隧道同时开挖与支护，并且能保证边坡稳定时,可以 采用施工围护桩后先拆除管棚后放坡开挖。不建议 施工围护桩后拆除管棚和明挖同时实施。参考文献(Refer enc es):1 李健,谭忠盛，喻渝，等.浅埋下穿高速公路黄土隧道管棚变形监 测及受力机制分析J.岩石力学与工程报,2011,30(增刊1)：3002-3008.LI Jia n,TAN Zhongsheng,YU Yu,et a l.Ana l y sis of d efor ma t ion monit or ing a nd mec ha nic a l b eha vior s of b ig pipe-r oof for sha l l ow-b u r ied l a r ge-spa n t u nnel t o u nd er pa ss highwa y J.Chinese Jou rnal of Rock,Mechanics and Eng ineering,2011,30(Su p 1):3002-300&2 苟德明，阳军生，张戈.浅埋暗挖隧道管棚变形监测及受力机制 分析J.岩石力学与工程学报，2007,26(6).1258-1264.GOU Deming,YANG Ju nsheng,ZHANG Ge.Defor ma t ion monit or ing a nd mec ha nic a l b eha vior s of pipe-r oof in sha l l ow t u nnel s J.Chinese Jou rnal of Rock Mechanics and Eng ineering,2007,26(6)：1258-1264.3 王道远,袁金秀，李俊，等.考虑施工特性的浅埋软弱洞口段管棚 变形量预测及工程应用J.岩石力学与工程学报，2017,36(3).716-724.WANG Da ny u a n,YUAN Jinx iu,LI Ju n,et a l.Defor ma t ion pr ed ic t ion of pipe r oof in sha l l ow soft por t a l sec t ion of t u nnel s c onsid er ing c onst r u c t ion fea t u r e J.Chinese Jou rnal of Rock Mechanics and Eng ineering,2017,36(3)：716-724.4 朱彦鹏，何江飞，李军.黄土公路隧道浅埋段管棚注浆支护机理 及监测分析J.建筑科学与工程学报，2011,28(1)：11-15.ZHU Ya npeng,HE Jia ngfei,LI Ju n.Su ppor t mec ha nism a nd monit or ing a na l y sis of pipe r oof gr ou t ing for l oess 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