淺埋隧道施工中往往面臨圍巖風(fēng)化程度強(qiáng)、巖體破碎、隧道施工期變形大等問(wèn)題，極易引發(fā)隧道坍塌等工程事故。淺埋隧道施工是需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。Atkinson等[1]結(jié)合上下限分析原理，利用模型試驗(yàn)對(duì)淺埋隧道的穩(wěn)定性開(kāi)展了研究;Davis[2]假定了不同隧道破壞模式，并分析了不排水條件下淺埋隧道的穩(wěn)定性;Leca等[3]對(duì)隧道的三維穩(wěn)定性進(jìn)行了研究;姜功良[4]對(duì)隧道穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行了求解;韓煊等[5]對(duì)Peck公式的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化建議;楊峰、陽(yáng)軍生[6]提出了針對(duì)淺埋隧道圍巖壓力的理論計(jì)算方法。超前管棚是控制圍巖變形、保證隧道施工穩(wěn)定性的重要工程措施。茍德明等[7]提出了彈性固定端的雙參數(shù)地基梁模型。以上針對(duì)淺埋隧道荷載計(jì)算、隧道失穩(wěn)破壞模式、超前管棚作用的理論研究，對(duì)淺埋隧道施工具有很重要的指導(dǎo)意義。本文以寧夏東毛高速六盤(pán)山隧道為依托工程，采用數(shù)值模擬的手段，研究臺(tái)階法、CD法和雙側(cè)壁法在淺埋隧道施工中的變形控制效果，分析超前管棚對(duì)隧道變形控制作用，研究成果可提出淺埋隧道施工的合理工法及超前管棚支護(hù)參數(shù)[8]。

　　1工程概況

　　寧夏六盤(pán)山隧道是青島至蘭州公路(寧夏境)東山坡至毛家溝段高速公路控制性工程，設(shè)計(jì)為分離式隧道，隧道左線起迄樁號(hào)為ZK6+270～ZK15+760，長(zhǎng)度9490m，隧道右線起迄樁號(hào)為K6+230～K15+71隧道長(zhǎng)度9480m，是全國(guó)海拔2000m以上高原地區(qū)的高速公路特長(zhǎng)隧道。隧道所經(jīng)區(qū)域年平均氣溫-0.8℃，極端最低溫度-25.7℃，從10月底至來(lái)年4月份，每年冬期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。不良地質(zhì)主要有涌水突泥、軟巖大變形和巖層不整合接觸帶等。

　　2不同施工工法隧道變形數(shù)值模擬

　　2.1模型建立和計(jì)算參數(shù)

　　在數(shù)值模擬軟件FLAC3D中建立淺埋隧道變形計(jì)算模型，施工工法分別為臺(tái)階法、CD法和雙側(cè)壁法，如圖1所示。其中，隧道埋深20m，左右邊界和下邊界為40m，計(jì)算采用彈塑性模型和Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則。計(jì)算采用的圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

　　2.2計(jì)算結(jié)果

　　淺埋隧道不同施工方法的隧道橫斷面位移如圖2～圖4所示。不同施工方法下的隧道拱頂沉降、水平收斂以及仰拱隆起計(jì)算結(jié)果如圖5所示。圖5表明在拱頂沉降的控制上雙側(cè)壁法優(yōu)于臺(tái)階法優(yōu)于CD法，在仰拱隆起上，雙側(cè)壁法和臺(tái)階法效果接近但是優(yōu)于CD法，在水平收斂的控制上，臺(tái)階法優(yōu)于雙側(cè)壁法優(yōu)于CD法。綜合考慮隧道變形的控制效果和施工的操作難易程度，選取臺(tái)階法施工較為合適。隧道地表沉降變化如圖6所示。表明在隧道10m和20m斷面上，對(duì)于地表沉降的控制上，雙側(cè)壁法優(yōu)于臺(tái)階法優(yōu)于CD法，在隧道30m，40m和50m斷面處，臺(tái)階法優(yōu)于雙側(cè)壁法優(yōu)于CD法。

　　3超前管棚支護(hù)參數(shù)下的控制技術(shù)研究

　　3.1模型建立和計(jì)算參數(shù)

　　在數(shù)值模擬軟件MIDAS中建立淺埋隧道超前管棚支護(hù)計(jì)算模型，如圖7所示。其中：注漿管棚的等效彈性模量Ep按受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)鋼管混凝土規(guī)范提供的抗彎剛度表達(dá)式為：其中，Es，Is分別為鋼管的彈性模量和慣性矩;Ec，Ic分別為管內(nèi)砂漿的彈性模量和慣性矩;Ep，Ip分別為注漿管棚的等效彈性模量和慣性矩;kw為考慮管棚砂漿開(kāi)裂引起砂漿剛度折減的系數(shù)，本次計(jì)算取0.6。為探究超前管棚對(duì)隧道變形的控制效果，分別分析超前管棚直徑、布置范圍和管棚間距對(duì)隧道變形的影響，計(jì)算工況見(jiàn)表2。

　　3.2計(jì)算結(jié)果

　　淺埋隧道超前管棚支護(hù)的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如圖8～圖10所示。圖8表明，隨著管棚直徑和范圍的增大，拱頂沉降逐漸減小，而拱頂沉降隨著管棚間距的增大而增大。當(dāng)管棚直徑由64mm增加至84mm時(shí)，拱頂沉降分別為27.45mm，23.41mm，20.85mm，19.34mm，18.56mm和18.12mm。當(dāng)管棚范圍由140°增加至240°時(shí)，拱頂沉降分別為26.41mm，22.36mm，19.34mm，17.61mm，16.59mm和15.89mm。當(dāng)管棚間距由0.2m增加至0.7m時(shí)，拱頂沉降分別為18.45mm，18.84mm，19.34mm，21.02mm，23.26mm和27.41mm。圖9表明，隨著管棚直徑和范圍的增大，水平收斂逐漸減小，而水平收斂隨著管棚間距的增大而增大。當(dāng)管棚直徑由64mm增加至84mm時(shí)，水平收斂分別為9.94mm，8.96mm，8.21mm，7.69mm，7.45mm和7.21mm。當(dāng)管棚范圍由140°增加至240°時(shí)，水平收斂分別為9.14mm，8.35mm，7.69mm，7.12mm，6.88mm和6.74mm。當(dāng)管棚間距由0.2m增加至0.7m時(shí)，水平收斂分別為6.89mm，7.11mm，7.69mm，8.65mm，9.98mm和11.58mm。圖10表明，隨著管棚直徑和范圍的增大，仰拱隆起逐漸減小，而仰拱隆起隨著管棚間距的增大而增大。當(dāng)管棚直徑由64mm增加至84mm時(shí)，仰拱隆起分別為49.69mm，44.98mm，41.25mm，38.35mm，37.11mm和34.65mm。當(dāng)管棚范圍由140°增加至240°時(shí)，仰拱隆起分別為44.98mm，40.25mm，38.11mm，37.58mm，37.12mm和36.89mm。當(dāng)管棚間距由0.2m增加至0.7m時(shí)，仰拱隆起分別為36.84mm，37.19mm，38.11mm，39.43mm，41.36mm和44.89mm。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　本文依托寧夏東毛高速六盤(pán)山隧道，采用數(shù)值模擬手段，研究了淺埋隧道采用臺(tái)階法、CD法和雙側(cè)壁法施工中隧道變形規(guī)律，分析了超前管棚支護(hù)對(duì)隧道變形的影響，得到如下結(jié)論：1)淺埋隧道施工工法對(duì)隧道變形控制效果，對(duì)拱頂沉降的控制，雙側(cè)壁法優(yōu)于臺(tái)階法、CD法;對(duì)于仰拱隆起，雙側(cè)壁法和臺(tái)階法效果接近，優(yōu)于CD法;對(duì)于水平收斂，臺(tái)階法優(yōu)于雙側(cè)壁法優(yōu)于CD法。綜合考慮隧道變形控制效果和施工難易程度，采用臺(tái)階法施工較為合適。2)淺埋隧道施工超前管棚支護(hù)中，隨著管棚直徑和范圍的增大，拱頂沉降、仰拱隆起逐漸減小，而拱頂沉降、仰拱隆起隨著管棚間距的增大而增大。

　　《淺埋隧道施工工法及超前管棚支護(hù)技術(shù)分析》來(lái)源：《山西建筑》，作者:汪軍鵬