超大断面隧道不同开挖工法力学特征研究（论文）.pdf

·92· 超大断面隧道不同开挖工法力学特征研究 滕兆宝 （济青高速铁路有限公司，济南 250014） 　　 ［摘　要 ］ 采用FLAC软件数值模拟的手段对超大断面隧道不同开挖工法力学特征进行研究，通过分析 不同开挖方法及支护条件下围岩扰动效应以及不同开挖方法及支护条件下超大扁平公路隧道荷载演变特 征，得出以下结论：CD法开挖部更多，能更好地控制围岩和结构变形，却承受了更大的围岩压力；中隔壁 台阶开挖部更少，虽然能加快施工进度，却使得围岩产生更大的变形；而钢架岩墙组合支撑法兼顾二者， 既能很好地控制变形，又能达到快速施工的效果。 　　 ［关键词 ］ 超大跨度公路隧道；数值模拟；开挖工法；力学特征 　　 ［中图分类号］  U 452.12 　　　　［文献标志码］  A　　　　［文章编号］  1001 -523X （2022 ）23-0092 -05 STUDY ON MECHANICAL CHARACTERISTICS OF DIFFERENT EXCAVATION METHODS FOR SUPER LARGE SECTION TUNNELS Teng Zhao-bao 　　 ［Abstract ］ By means of FLAC software numerical simulation, the mechanical characteristics of different excavation methods for super large section tunnels are studied. By analyzing the surrounding rock disturbance effect under different excavation methods and support conditions and the load evolution characteristics of super large flat highway tunnels under different excavation methods and support conditions, the following conclusions are drawn: CD method has more excavation parts, which can better control the deformation of surrounding rock and structure, but bears greater surrounding rock pressure. There are fewer benches in the middle wall, which can accelerate the construction progress, but cause greater deformation of the surrounding rock. The combined support method of steel frame rock wall can not only control the deformation, but also achieve the effect of rapid construction. 　　 ［Keywords ］ super span highway tunnel; numerical simulation; excavation method; mechanical characteristics 随着经济、物流和汽车工业的迅猛发展，传统的 两车道隧道已经不适应逐渐增加的交通量的需要，多 车道的大断面公路隧道的需求越来越迫切。由于大断 面公路隧道具有跨度大、施工方法多样、施工工序复 杂等特点，从结构受力和施工方法上，它已经不同于 普通的两车道隧道。两车道隧道开挖方法相对单一， 一般采用CD法或者弧形导坑法开挖，而大断面隧道 的开挖方法很多，比如采用双侧臂导坑法、CRD法、 台阶法、弧形导坑法等，即便是同一种开挖方法，同 一个部位不同开挖顺序，都可能引起围岩不同的应力 变化。而在开挖过程中，由于纵向开挖距离的变化， 开挖工法的不同，都可能导致不同的围岩压力和变 形。这种引起围岩应力不同的变化的情况，通常称之 为围岩扰动效应。 大断面隧道施工产生的围岩扰动效应将对设计计 算以及施工安全和施工优化产生重要影响。目前的大 断面隧道设计和施工基本还是基于传统理论，看似合 理的设计实际存在不确定性，可能出现安全隐患或较 大施工风险，也可能设计过度保守而造成浪费。以往 超大断面隧道中出现的支护破坏及围岩坍塌的事故， 都给隧道的安全施工带来了巨大的挑战。 奚正兵等运用商用数值模拟软件模拟隧道开挖 施工过程，通过对大断面隧道开挖引起塑性区分布、 地层分层沉降的数值模拟成果的分析，得出了在同一 围岩条件下，采用不同的施工方法开挖隧道引起地表 变形、塑性区分布、地层分层沉降的特性和机理；张 永晓 [2]通过对大断面公路隧道进行数值仿真模拟，分 析了围岩和支护结构的应力场和位移场等，从理论上 对采用CD法开挖的施工方法、围岩稳定性进行了分 析；孙兆远等分析了采用不同的施工方法开挖隧道 引起地表变形、塑性区分布、地层分层沉降的特性和 机理，提出围岩应力释放引起地表沉降是确定隧道施 工工艺、工法的理论依据；王振科等通过有限元软件 分析了开挖过程不同开挖工法对大断面隧道力学特性 的影响；张君宝等以深圳侨城东路北延通道工程东路 隧道标准段为研究背景，针对超大断面隧道、地质条 件复杂、围岩多为Ⅳ至Ⅴ级的复杂特征，通过原位钻 探和室内岩石物理力学实验分析了隧道围岩大变形机 理，并利用 FLAC3D数值模拟软件建立隧道模型，模 收稿日期 ：2022–10–10 作者简介 ：滕兆宝（1987—），男，四川成都人，高级工程师，主 要研究方向为铁路施工。 /7?[ 建   ?    ~   6    '   & Engineering and Technology Building Technology Development 第49卷第 23期 4244?348 · 93· 拟了全断面法、CRD法、三台阶法和三台阶七步预留 核心土法4种不同开挖工法对隧道软弱围岩稳定性的 影响。 由此可见，只有在设