单侧临时支护对连拱隧道中隔墙施工影响研究.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 18 期 2023 年 9 月Vol.54 No.18 Sep.20232209从双连拱隧道的整体施工步骤可知，双连拱隧道的结构形式和施工工艺的复杂、多变性，中隔墙所受左右两侧荷载作用时效的不一致，先行洞初期支护 支撑在中隔墙上方，由于两主洞存在前后错距，后行洞是临空一侧，中隔墙易出现偏压现象，中隔墙会 出现压拉弯剪扭等不同的应力状态。李玉华等1研究了双连拱隧道在复杂应力情况下，优化“中导洞+双侧壁开挖”施工方法，通过监控中隔墙及围岩的 单侧临时支护对连拱隧道中隔墙施工影响研究路镇武，孟平原（中建二局第三建筑工程有限公司，100070，北京）摘要：双连拱隧道最大的优势在于其发挥空间资源，对于现场征拆、进出口连接困难的短隧道情况下，是一种广泛使用的隧道结构断面形式；但是，双连拱隧道施工工序极其烦琐、施工要求高、工期较长、地层受到多次扰动、中隔墙施工稳定性等问题也是不容忽视的。在施工过程中，左右 主洞开挖前后错开一定距离，造成左右洞非对称开挖、支护，初期支护荷载使得隧道空间效应更加明显，特别是隧道中隔墙的非对称荷载，经常处于复杂且动态的应力状态下，中隔墙很容易发生 失稳。通过数值模拟现场施工荷载，分析了连拱隧道中隔墙受力稳定性的因素，通过现场的实践证明，得出反向支撑法是维持中隔墙稳定性最好的方法之一，对双连拱隧道的施工提供参考和借鉴意义。关键词：双连拱隧道；数值模拟；非对称荷载中图分类号：TU 74 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)18-2209-04study on the influence of unilAterAl temporAry support on the construction of pArtition wAll in continuous Arch tunnelLU Zhen-wu,MENG Ping-yuan(The Third Construction Engineering Company LTD.of China Construction Second Engineering Bureau,100070,Beijing,China)Abstract:The biggest advantage of double-arch tunnel is that it exerts space resources,and it is a widely used tunnel structure section form for short tunnels where on-site requisition and demolition and inlet and outlet connections are difficult.However,the construction process of the double-arch tunnel is extremely cumbersome,the construction requirements are high,the construction period is long,the ground layer is disturbed many times,and the construction stability of the middle partition wall cannot be ignored.In the construction process,the left and right main holes are staggered before and after excavation a certain distance,resulting in asymmetric excavation and support of the left and right holes,and the initial supporting load makes the tunnel spatial effect more obvious,especially the asymmetric load of the partition wall in the tunnel,often in a complex and dynamic stress state,the middle partition wall is easy to instability.Through numerical simulation of on-site construction load,the factors of force stability of the partition wall in the continuous arch tunnel are analyzed,and the reverse support method is one of the best methods to maintain the stability of the middle partition wall through on-site practice,which provides reference and reference significance for the construction of the double-arch tunnel.keywords:double arch tunnel;numerical simulation;asymmetric load收稿日期：20230725基金项目：大断面双连拱隧道关键技术研究及应用（24296D200005）作者简介：路镇武（1988），男，甘肃白银人，工程师，e-mail:变形等情况，得出优化后的施工方法能够保证工程 质量、安全。王国权等2采用有限元软件 ABAQUS 分析软件偏压角度下隧道动力响应和围岩稳定性，偏压范围的增大会导致围岩塑性范围的增大，通过 采用抗滑桩等措施，能很好改善围岩的应力分部状况。还有国内外学者3-4认为在侧向增加横向混凝土、砂砾土等回填材料，利用回填材料的侧向抗力来抵抗双连拱隧道中隔墙偏压现象，但是此方法也存在混凝土 制拆时间长、混凝土侧向抗力需一定时间，同时，回填 砂砾材料施工烦琐、施工速度慢。采用支撑法来抵抗中隔墙侧向抗力，侧向支撑具有安拆时间短、施工方便、可回收周转等诸多优点，此方法在施工中应用广泛。建 筑 技 术第 54 卷第 18 期22101 工程概况南上庄隧道位于山西省阳泉市，采用双连拱隧道结构形式，为双向四车道（210.25 m）。隧道围岩为岩质隧道，地层稳定，隧道围岩为 级围岩 结构，隧道无地下水、溶洞等情况。该隧道地层岩性为强 中风化灰岩、泥灰岩石灰岩，强风化层岩石 厚度为 23 m。根据勘察设计文件可知，拟建隧道 周围围岩节理裂隙不发育，岩石较完整，通过分析 岩体基本质量指标（BQ），最后修正（BQ）值，南上庄隧道围岩等级为 级。2 中隔墙2.1 模型建立根据隧道地质勘查报告、施工过程中揭露的围岩状况及相关的技术规范，建模参数见表 1，模型 如图 1 所示。表 1 材料力学性质参数材料类型容重/(kNm-2)弹性模量/GPa泊松比粘聚力c/MPa内摩擦角/()岩土体级围岩2220.330.3528级围岩201.50.380.1522土层180.50.30.220主洞 初期 支护C25 喷混凝土（无钢架）2322.40.22C25 喷混凝土（有钢拱架）2328.80.22C25 喷混凝土（有钢格栅）2325.10.22C25 型钢拱架I14802325.90.22C25 型钢拱架I16502327.90.22二次衬砌C30 素混凝土（级围岩）25300.2C30 钢筋混凝土（、级围岩）25320.2中隔墙25320.2锚杆782100.3图 1 双连拱隧道建模研究在整体开挖过程中，在初期支护偏压作用下，临时支护对中隔墙偏压产生机制及力学行为的影响，为消除边界效应，选取本模型的中间部分中隔墙断面为研究对象，为了更好地监测隧道中隔墙的位移、应力情况，结合开挖、支护等隧道形成过程，每个 断面设置 3 个监控点。不同侧向临时支撑行间距下的砧木支护参数见表 2。表 2 围岩区各工况模型临时支护参数研究工况中隔墙右侧临时砧木支撑工况 1竖向间距 纵向间距：50 cm80 cm工况 2竖向间距 纵向间距：50 cm160 cm工况 3竖向间距 纵向间距：75 cm80 cm工况 4竖向间距 纵向间距：75 cm160 cm工况 5无侧向支撑双连拱隧道施工阶段划分见表 3，监测点的布置情况如图 2 所示。表 3 双连拱隧道阶段划分工序施工阶段中导洞开挖及浇筑132右洞上台阶开挖、支护3360下台阶开挖、支护4165右边墙施工4569左洞上台阶开挖、支护6693下台阶开挖、支护7498左边墙施工78102侧向临时支撑拆除92116123图 2 中隔墙监测点布设2.2 中隔墙监测点位移分析在建模时，规定了向上是 y 轴的正方向，本文中y 轴位移负值代表位移向下发展、沉降。从整体施工过程中来看，中隔墙顶部竖向位移 呈现增大的趋势，在不同时间段 y 方向位移增加幅度有所差异，并且在中后期竖向位移增大明显。对于中隔墙 1 号监测点而言，从开挖到右洞上 2023 年 9 月2211路镇武，等：单侧临时支护对连拱隧道中隔墙施工影响研究台阶开挖至监测面（大约为施工过程的第 45 阶段），y 轴位移的增幅并不大，从 4590 阶段由于围岩应力重新分部，y 轴位移增幅较明显。对于中隔墙 2 号 监测点而言，从开挖直至完成，y 轴位移增幅整体不大，表现不太明显，整体增幅远小于 1 号监测点，在阶段 45 增幅稍微增大，阶段 90 之后 y 轴位移不明显，围岩趋于稳定状态；对于中隔墙 3 号监测点，前期 增加较小后期增幅较大；从开挖开始至阶段77为界，由于右侧主洞支护，中隔墙 3 号 y 方向位移呈小幅度变化，但整体变化不大，阶段 77 之后，由于左洞 初期支护支撑在中隔墙上，中隔墙变化较大。此外，中隔墙竖向位移较水平位移数值上要大 很多，随着隧道正洞开挖，初期支护作用在中隔墙上，中隔墙的整体沉降影响比较明显。另外，对于中隔墙的侧向临时支撑而言，前期支护越强沉降越大，在后左洞上台阶开挖至监测面（80 阶段），中隔墙整体沉降越小。中隔墙 1 号 y 向监测点位移如图 3 图 5所示。1.8E032.2E032.6E033.0E033.4E033.8E03工况 1工况 2工况 3工况 4工况 540 50 60 70 80 90 100 110 120施工阶段y 方向位移/m图 3 监测点 1 的位移图1.8E032.0E032.2E032.4E032.6E032.8E033.0E033.2E03工况 1工况 2工况 3工况 4工况 535 45 55 65 75 85 95 105 115施工阶段y 方向位移/m图 4 监测点 2 的位移图2.3 中隔墙监测点应力分析隧道开挖对围岩产生卸荷作用，隧道围岩应力 重新分布后对中隔墙顶部竖向应力影响较明显，1.8E032.0E032.2E032.4E032.6E032.8E033.0E033.2E03工况 1工况 2工况 3工况 4工况 535 45 55 65 75 85 95 105 115施工阶段y 方向位移/m图 5 监测点 3 的位移图在阶段4560中隔墙竖向应力明显增大，且在阶段4550增幅最明显，由于围岩的自稳能力，在阶段6070变化趋于稳定。以阶段77为界，中隔墙2号、3号监测点应力增大较慢，但是后期则较快，2号监测点最大应力为2.9 MPa，3号监测点最大应力为4.8 MPa，而左洞相反，前期要快些，后期相对慢，最终达到最大应力5.7 MPa。从中隔墙侧向临时支撑来看，各监测点应力非常接近，从总体来看，阶段 77 之后，临时侧向钢支撑支护越强应力越小，前期相反。中隔墙监测点应力 分析如图 6 图 8 所示。1E+030E+001E+032E+033E+034E+035E+036E+03工况 1工况 2工况 3工况 4工况 535 45 55 65 75 85 95 105 115施工阶段y 方向位移/m图 6 监测点 1 的应力图0.5E+020.0E+030.5E+021.0E+031.5E+032.0E+032.5E+033.0E+03工况 1工况 2工况 3工况 4工况 535 45 55 65 75 85 95 105 115施工阶段y 方向位移/m图 7 监测点 2 的应力图建 筑 技 术第 54 卷第 18 期22120.5E+020.0E+030.5E+021.0E+031.5E+032.0E+032.5E+033.0E+033.5E+034.0E+034.5E+035.0E+03工况 1工况 2工况 3工况 4工况 535 45 55 65 75 85 95 105 115施工阶段y 方向位移/m图 8 监测点 3 的应力图3 讨论分析（1）贯穿整个开挖支护过程来看，分析中隔墙竖向位移分析可知，中隔墙顶部的各个监测点趋势 基本相同，前期中隔墙的竖向位移先上升，继而由于围岩自稳性能 y 方向位移趋于稳定，然后随着左洞 开挖支护，中隔墙竖向位移增加，增加幅度明显大于右洞，最后在阶段 90 左右达到稳定,总体上中隔墙竖向位移呈 Z 形。（2）中隔墙各个应力监测点变化趋势基本相同，大致呈 Z 形；中隔墙 1 号、3 号监测点变化整体大于2 号监测点。由于右洞开挖，中隔墙应力在阶段 45前后应力第一次增大，后又因围岩自稳性质围岩应力趋于稳定，中期随着左洞的开挖支护，在阶段 7590应力再次明显增加，中隔墙应力增加明显大于右洞 开挖支护的应力，最后稳定在某个数值。（3）中隔墙侧向砧木支撑能够很好地抵消施工过程中的部分非对称应力，行间距为 75 cm80 cm时技术经济效果最佳，左右监测点的位移应力变化 最均衡，同时，砧木可周转使用，施工方便等诸多优势，故可作为临时支撑的推荐方案。砧木支撑如图9所示。注浆管砧木200200200200 方形枕木侧向支撑图 9 中隔墙侧向支撑示意（4）侧向砧木支撑能够抵消部分非对称力，左右监测点的位移应力变化最均衡，故可作为临时支撑的推荐方案。4 结论结合以上对中隔墙应力、应变分析，以南上庄 隧道双连拱隧道施工为例，施工过程中采取措施 来增加双连拱隧道中隔墙结构在非对称荷载下的 稳定性，具体如下。（1）在施工过程中，中隔墙顶部及底部都会 产生不同程度的拉应力，在中隔墙设置一系列的钢筋，以增加中隔墙整体的整体刚度和稳定性，避免出现 中隔墙裂缝等质量隐患。（2）在中隔墙施工过程中，先行洞和后行洞在开挖支护上存在错距，在此趋于内中隔墙会受到先行洞的偏压荷载，在此荷载作用下中隔墙具有扭转失稳的风险，因此在先先行洞对侧设置横向支撑，削弱和抵消部分偏压荷载，中隔墙侧向力通过砧木传递至 基岩，保持中隔墙相对稳定的状态，本工程采用砧木作为横向支撑，在现场实践过程中，通过监测中隔墙的应力应变等力学参数，中隔墙处于稳定受控状态。（3）在隧道开挖支护过程中，周围围岩荷载 通过初期支护部分转移至中隔墙上，在荷载作用下 中隔墙处于整体下沉，可通过提高中隔墙地基承载力、施工前清除岩面杂物等措施，阻止中隔墙下沉。（4）双连拱隧道采用三导洞法施工时，中隔墙的受力和位移均出现了“对称不对称对称”的 变化过程，中隔墙应力转换较为复杂，在应力转换时要加强中隔墙的应力应变位移等全方位监测。（5）中隔墙承受左右洞的荷载，不仅关系到 自身的稳定性，还会影响主洞二次衬砌的工程质量，应严格控制中隔墙的施工质量。参考文献1 杨琴,黄培东,刘勇.基于主筋轴力长期监测的连拱隧道浅埋段中隔墙受力特性研究 J.四川水泥,2023(1):253255.2 冯宇.公路工程双连拱隧道施工技术 J.交通世界,2022(20):116119.3 罗静静.偏压无中隔墙连拱隧道出洞施工技术要点探讨以云南华坪至丽江高速公路陆家湾隧道为例 J.工程技术研究,2022,7(8):4245.4 王学斌.某超大断面双连拱隧道施工位移和应力变化分析 J.勘察科学技术,2022(2):1521.5 孙钧.地下工程设计理论与实践M.上海:上海科学技术出版社,19966 吕国栋.单侧临时支护对某非对称开挖连拱隧道中隔墙施工力学行为影响研究 D.广州:华南理工大学,2018.