２０１４年第４期 第４ｏ卷总第１８０期 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉ・Ｊ迂材 ・ｌ６ｌ・ ２０１４年８月 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１ １．２０１４．０４．０７０ 小净距隧道开挖方法的研究 邹俊杰 （中铁航空港集团第一工程有限公司，陕西渭南７１４０００） 摘要：本文利用ＡＮＳＹＳ软件对小净距隧道在不同开 挖方法下的围岩的变形及应力进行数值模拟。通过对先开 挖隧道位移变化特征、围岩应力进行研究，得出１１Ｉ级围岩 条件下小净距隧道的合理开挖方法。 关键词：小净距；隧道；数值模拟；开挖方法 中图分类号：Ｕ４５５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—４０１ｌ（２０１４）０４—０１６１—０３ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ Ｔｕｎｎｅｌ ＺＯＵ Ｊ （Ｔｈｅ Ｎｏ １ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ ｏｆｔｈｅ Ａｉｒｐｏｒｔ Ｇｒｏｕｐ ｆｏ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ，Ｗｅｉｎａｎ ７１４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｗｅ ｗｉｌｌ ｆｉｒｓｔｌｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ａｎｄ ｍｉｄｄｌｅ ｒｏｃｋ ｗａｌｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅ－ ｍｅｎｔ ｉｎ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｅｘｃａｖａｔｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ａｂｏｕｔ ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ ｔｕｎｎｅｌ ｂｙ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｗｅ ｗｉｌｌ ｇｉｖｅ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃ— ｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｂｏｕｔ ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ＨＩ ｇｒａｄｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄ— ｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｅｈａｒａｃｔｅｒｉｓ— ｔｉｃｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｍｉｄｄｌｅ ｒｏｃｋ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｂｅｆｏｒｅ—ｅｘｃａｖａｔｅｄ ｔｕｎ． ｎｅ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ；ｔｕｎｎｅｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａ－ ｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ０前言 小净距隧道是继分离式隧道、连拱隧道之后出现的一 种特殊隧道结构形式。由于它不受地形条件以及总体线路 线形的，且施工工艺简单、易于防水处治、造价易于 控制。目前，在公路、铁路、城市地铁工程中都广泛采用 了小净距隧道形式。 １施工方法 １．１矿山法 矿山法…因最早应用于采矿坑道而得名，多数情况下 该方法都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。 传统的矿山法是采用木或钢构件作为临时支撑，待隧道开 挖形成后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式衬 砌作为永久性支护的施工方法。 作者简介：邹俊杰（１９８４一），男，河南郑州人，本科，助理工程师，主要 从事土木工程施工管理工作。 １．２新奥法 新奥法 即奥地利隧道施工新方法，它是一种以喷射 混凝土和锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变 形，便于充分发挥围岩自承能力的施工方法。 ２开挖方法 ２．１全断面开挖法 全断面开挖法 就是按设计断面一次开挖成型，然后 进行喷锚支护和二次衬砌的施工方法，主要适用于整体性 好的围岩。其主要优缺点为： １）全断面开挖有较大的工作空间，适合于大型配套机 械化施工，施工隧道较快，且因单工作面作业，便于施工 组织和管理。 ２）全断面开挖由于开挖面大，围岩相对稳定性降低， 并且每次循环工作量相对较大，因此要求具有较强的开挖、 出渣能力和相应的支护能力。 ２．２台阶开挖法 台阶开挖法 是指正台阶二步开挖法，它是全断面一 次开挖法的改进方法，一般是将设计断面分上、下断面两 次开挖成型。其多适用于围岩能在短期内处于稳定的隧道 开挖。主要优缺点为： １）台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速 度，但上下部作业有干扰。 ２）台阶开挖法虽然增加了对围岩的扰动次数，但上下 两次的台阶施工有利于围岩的稳定。尤其是上部开挖支护 后，下部作业就比较安全。 ３）长台阶法上、下部能进行平行作业，开挖面小，有 利于岩体稳定；短台阶及超短台阶法两层工作面距离近， 施工时相互干扰大，不能进行平行作业，施工速度慢。 ２．３侧壁导坑法 这种方法包括单侧壁导坑法和双侧壁导坑法 Ｊ，主要 适用于围岩很差、地质情况复杂、断面跨度较大的隧道开 挖。其主要的优缺点为： １）侧壁导坑法减小了每个坑道的跨度，从而显著地提 高了坑道围岩的相对稳定性。但是此法作业面较多，各工 序相互干扰较大，且增加了对围岩的扰动次数，不利于围 岩的稳定。 ２）导坑超前开挖，有利于提前探明地质情况，并予以 及时处理。但若采用的导坑断面过小，则造成施工速度较 慢，施工成本高。 本文将对在小净距隧道施工中常采用的三种开挖方法： 全断面法、台阶法、单侧壁导坑法进行深入探讨，得出在 不同净距情况下的小净距隧道应采取的最佳开挖方法。 ２０１４年第４期 第４Ｏ卷总第１８０期 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｅ Ｍｍｅｎａｌｓ Ｉ・Ｊ适材 ・ｌ６５・ ２０１４年８月 工的时间、方案的实施和优化调整提供理论指导和参考。 ２）在土层内部打设观测孔，监测桥梁地基土层的分层 情况。分别在桥梁的上游和下游打设３个观测孔，孔的深 度为３４ ｍ，以此来监控和量测桥梁地基土层的分层情况。 ３）在采煤过程中利用动静态电阻应变测试系统来对桥 体进行静态监测。测试系统包括ＤＨ一３８１５可编程应变分 析系统、电源、计算机、应变片等部分。监测时在箱形结 构上表面边缘靠内侧布置测点，用半桥进行电路量测。通 过监测结果采煤沉陷的过程中，桥体结构状况达到要求。 由监测结果可知，可知加固体系具有足够的安全空间， 满足钢结构规范的要求，进而说明桥体的安全性以及采空 区加固方案是可行的。 此指导施工，以便随时调整方案。同时对桥体进行监测， 可以发现二者的结果比较接近，因此可以用数值模拟来指 导采空塌陷区铁路桥加固处理的施工，具有很好的现实意 义，可以为类似的塌陷区铁路桥加固治理提供很好的技术 借鉴和参考。 当然，运用ＡＮＳＹＳ模拟时也存在不足：笔者在建模时 为使计算方便，对模型进行了部分简化，这样就会使计算 与实际存在一些误差，并且桥体的受力是随时在变化的， 需要不断调整才行，这在数值模拟时很难做到。 『ＩＤ：００１３１３］ 参考文献： ［１］崔广珍．采空区建筑地基的稳定性分析和施工处理方法［Ｊ］． ４结论 山西建筑．２ｏｏ７，３３（２１）：１３９—１４０． 在淝河桥沉陷加固６个多月的施工过程中，保持了铁 路线路的畅通，为在此期间的煤炭安全运出做出了巨大贡 献。淝河铁路桥在加固过程中突破常规，并将采空区塌陷 治理的技术成果应用于工程实践，取得了巨大的工程效益。 ［２］章立清，于广云，盛平．淮南矿区铁路桥沉陷治理技术研究 ［Ｊ］．科技创新，２０ｏ７，３３（８）：５１—５２． ［３］ 尹喜霖，杨湘奎，张烽龙．双鸭山煤矿地面塌陷及防治［Ｊ］．中 国地质灾害与防治学报，２０ｏ３，１（１４）：７２—７６． ［４］ 徐友宁，吴贤，陈华清．大柳塔煤矿地面塌陷区的生态地质环境 效应分析［Ｊ］．中国矿业，２００８，１７（３）：３８—４０． １）将高压旋喷桩技术应用在不均匀间歇式塌陷区铁路 桥桥梁基础加固处理上，在施工方法和质量控制方法优化 ［５］ 张传安．超量动态塌陷区运营铁路桥梁综合整治施工技术 ［Ｄ］．天津：天津大学，２００４． ［６］ 中国科学技术情报研究所．出国参观考察报告——波兰采空区 的前提下，保证原桥基础的完整性，不产生附加沉降。 ２）铁路线路加固技术。在达到设计起道高度后采用“３ —５—３”扣轨加纵横梁加固法进行线路加固和架空线路，该 地面建筑［Ｍ］．北京：科学技术文献出版社，１９７９． ［７］ ［苏］尤申．采动区建筑物基础设计要点［Ｍ］．郭福君，刘树滋， 译．北京：煤炭工业出版社，１９８５． 项技术有利于强化纵向刚度，很好地解决了在工期长、净 空高、跨度大等不利情况下采空塌陷条件下铁路线路的架 空加固，保证了在不中断铁路运营情况下施工和桥体的顺 利架设。 ［８］建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程［ｓ］． ［９］颜荣贵．地基开采沉陷及其地表建筑［Ｍ］．北京：冶金工业出版 社，１９９５． ３）数值模拟与监测技术。利用有限元软件ＡＮＳＹＳ对 新桥体结构建模，进行应力、挠度、剪力的数值模拟，以 （上接第１６２页） 进行开挖；对净距为１２ ｍ时可选择先行洞采用全断面开 从图１～６中可以看出：隧道围岩应力集中部位主要出 现在拱顶及仰拱部位。其中，仰拱部位应力集中较为明显； 随着净距增大，应力集中范围也随之减小；而在同一净距 下。三种开挖方法的范围大致相同。在拱顶部位，净距为６ ｍ时，隧道拱顶上方４５。处出现较大的拉应力区，先行洞的 右半拱部与右洞的左半拱部的应力区出现了连通，也就是 比较危险的部位，在施工中应对其重点监测，及时做好支 护。从图中可以得出，隧道开挖对隧道洞壁两侧的压应力 值影响比较大，而对拱顶部位的压应力较小。后洞开挖对 挖，而后行洞选择侧壁导坑法施工；对净距为１８ ｍ的小净 距隧道宜采用先行洞为全断面的开挖方法，对后行洞可以 选择台阶法开挖；对最大净距为２４ ｍ时，此时，两洞的相 互影响较小，对两洞可都采用全断面的施工方法开挖。 ［ＩＤ：００１２９３］ 参考文献： ［１］ 陈文军．近距离交叠隧道研究现状及评析［Ｊ］．铁道建筑技术， ２００２，１９（２）：４２—４６． 先行洞的影响最明显的是紧靠右洞一侧。净距较小时，距 后开挖洞最近的迎爆侧的压应力较大，后开挖洞对此处造 成的影响最大，随着净距的增大，自重作用引起的压应力 越明显，应力值最大值出现在拱脚处。 ［２］刘明高．小净距隧道合理净距及其施工方法的研究［Ｄ］．北京： 北京工业大学，２００７． ［３］ 阳生权．小间距平行隧道爆破振动加速度测试［Ｊ］．爆破， １９９７，１４（４）：３８—４Ｏ． ［４］刘艳青，钟世航，卢汝绥，等．小净距并行隧道力学状态的试验 研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０００，１９（５）：５９０—５９４． ５结论 ［５］蔡小林，吴从师．小间距浅埋隧道的支护设计探讨［Ｊ］．岩石力 学与工程学报，２０ｏ５，２４（ｓ２）：５９４３—５９４９． 通过以上分析，可以得出不同净距条件下的最佳开挖 方法：净距为６ ｍ时，虽然其应力由于其对围岩的多次扰 动而造成最终对围岩的应力值比较大，但考虑到每分步开 挖而造成的应力较小，并考虑到施工方便以及支护措施的 实施等因素，所以对６ ｍ的小净距隧道宜采用侧壁导坑法 ［６］ 张永兴，胡居义，何青云．基于强度折减法小净距隧道合理净距 的研究［Ｊ］．水文地质工程地质，２００６，５０（３）：６４—６７． ［７］黄拔洲，陈少华，秦峰．小净距隧道在京福高速公路上的实践 ［Ｊ］．重庆大学学报，２００３，２６（１０）：１９—２２．
