| 大连市市政设计研究院有限责任公司 116000 【文章摘要】 中隔墙作为双连拱隧道区别于 其他类型隧道的关键构件，施工中中 隔墙的力学特性对隧道整体稳定性 有决定性影响。本文以实际工程为依 托，采用Midas-GTS 有限元程序对双 连拱隧道施工过程进行了三维数值 模拟，计算分析中隔墙结构关键部位 的应力和位移随隧道施工的变化规 律。本文成果将为类似连拱隧道中隔 墙的设计与施工提供一定的参考。 【关键词】 中隔墙；应力；位移；变化规律 0 引言 在双连拱隧道整个施工过程中，中隔 墙成为结构的关键性受力构件，对施工中 中隔墙受力状况及其变形规律的把握不 仅关系着施工期间结构的安全，更关系到 隧道建成后整个隧道结构的长期安全性。 由于地下结构暗挖过程是一个时间与空 间上不断变化的动态过程，而且连拱隧道 开挖跨度较大、施工工序繁多，围岩应力 变化和结构荷载的转换复杂，尤其中隔墙 承受压力、拉力、剪力、弯矩及扭矩的共同 作用。因此连拱隧道开挖方法、施工顺序 的选择直接影响着施工期间中隔墙的力 学状态。 1 工程概况 本文以大连市南部滨海大道东端桥 隧建设工程——双连拱隧道为依托工程， 该双连拱隧道段开挖跨度由25.1m 渐变 至28m，长度26.5m，后接小净距隧道段。 根据工程所处区域地质条件和工程特点， 本工程隧道支护结构采用复合式衬砌方 案，初期支护由型钢拱架喷射混凝土及锚 杆组成，二次衬砌采用钢筋混凝土结构， 隧道中隔墙设计采用复合式曲中墙，中隔 墙厚度由2m 渐变至4.9m（含两层二衬厚 度，每层0.55m）。该连拱隧道施工采用中 导洞+ 两侧台阶法开挖。 2 双连拱隧道三维数值模拟 2.1 围岩及支护结构参数选取 根据工程地质勘查资料确定大连市 南部滨海大道东端桥隧建设工程——双 连拱隧道计算围岩参数如表1 所示。 隧道支护结构采用复合式衬砌结构， 初期支护中的系统锚杆作为安全储备来 考虑，不参与模型计算中；初期支护中钢 拱架的作用采用等效方法考虑，将钢拱架 的弹性模量折算给喷射混凝土，根据该原 则确定双连拱隧道计算模型中初期支护 结构参数如表2 所示。 2.2 模型建立 本文采用Midas-GTS 有限元程序基 于Mohr-Coulomb 屈服准则建立双连拱 隧道三维计算模型，根据围岩地质条件、 开挖跨度及地应力场水平等影响因素选 取计算范围。该双连拱隧道最大开挖跨 度为28m，开挖高度10.2m，因此有限元 模型计算范围在水平方向边界距建筑外 边线60m，竖直方向下边界取距建筑外边 线30m，上边界取至地表（隧道顶板覆土 15~20m）。 模拟计算以自重应力场为主，不考虑 构造应力的影响。边界条件：模型正面、侧 面及底面取法向约束，地表为自由面。模 型中围岩为弹塑性实体单元，中隔墙为线 弹性实体单元，初期支护为板单元，中隔 墙侧面临时木支撑为梁单元。考虑到二次 衬砌在施工中的滞后性，计算中未模拟二 次衬砌的作用。 3 中隔墙数值模拟结果分析 3.1 中隔墙变形分析 双连拱隧道左右洞施工对中隔墙同 一横断面造成反复扰动，由于受模型长度 的限制，选取中隔墙两个横断面上的6 个 特征点来描述这一过程的变形规律。图1 为连拱隧道贯通后整体中隔墙横断面内 的变形云图，图2 为中隔墙前端同一横断 面上A、B、C 三点施工过程中平面内合 位移曲线，三条曲线的变化大致分成四个 阶段，前两个阶段是隧道先、后行洞上台 阶开挖对中隔墙的影响，曲线前两阶段变 形值占总变形值的18% 左右，说明上台 阶开挖对中隔墙的影响相对较小，当先行 洞下台阶开挖到该断面时变形明显开始 变大，当后行洞下台阶开挖到该断面时开 始向相反方向变形，直到后行洞下台阶开 挖面远离到1 B（B 为单洞开挖跨度）距离 后影响开始减弱，至1.5B 距离位置三点 位移稍向相反方向修正（由于前方开挖使 得中隔墙发生纵向变形）后趋于稳定。图 3 为中隔墙后端同一横断面上D、E、F 三点施工过程中平面内合位移曲线，三条 曲线的变化同样分成四个阶段，前两个阶 段中隧道先、后行洞上台阶开挖对中隔墙 D、E、F 点的变形影响，影响同样较小， 当先行洞下台阶开挖面距该断面2B 距离 时，曲线斜率开始变大，影响开始加强，直 到后行洞开挖面至此，曲线向相反方向变 化。通过以上分析可知，双连拱隧道先、后 行洞开挖对中隔墙的影响距离为开挖面 前方2B、开挖面后方1.5B，考虑先、后行 洞开 挖对中隔墙的影响存在交叠，先、后 行洞开挖面距离应该控制在2B~3B 之间， 二衬施作时为应保中隔墙变形已基本稳 定，二衬施作位置距后行洞下台阶开挖面 至少应保证1.5B 距离（还应考虑到先、后 行洞之间施工中的相互影响）。 3.2 中隔墙应力分析 图4 为双连拱隧道先、后行洞贯通后 中隔墙最大主应力σ1 云图，图5 为隧道 施工过程中中隔墙前端单元I 的σ1 变化 曲线。从曲线的变化情况来看，隧道开挖 过程σ1 变化波动较大位置发生在先行 洞下台阶经过该单元所在断面时，当后行 洞室下台阶开挖面通过该断面1B 距离后 σ1 数值基本稳定。说明隧道开挖对中隔 墙应力的影响约在开挖面前方和后方1B 范围内。 4 结论 （ 1）双连拱隧道左右洞施工使中隔墙 同时产生横向和纵向的变形，左右洞上台 图3 D、E、F 三点合位移曲线 阶开挖对中隔墙的变形影响较小，下台阶 开挖对中隔墙的变形影响较大，隧道左右 洞开挖对中隔墙的影响范围约为开挖面 前方2B、开挖面后方1.5B。双连拱隧道左 右洞施工对中隔墙内部应力影响范围基 本在开挖面前后1B 范围。 （2）考虑左右洞开挖对中隔墙的影响 存在交叠，左右洞开挖面距离应该控制在 2B~3B 之间，二衬施作时为应保中隔墙变 形已基本稳定，二衬施作位置距后行洞下 台阶开挖面至少应保证1.5B 距离。 【参考文献】 [1] 李志厚，朱合华，丁文其．公路连拱 隧道设计与施工关键技术[M]．北 京：人民交通出版社，2010． [2] 王文正．双联拱公路隧道开挖方法 及施工过程数值模拟研究[D]．西 安：长安大学，2003． [3] 张志强，何川．连拱隧道施工力学 行为的非线性数值模拟[R]．成都： 西南交通大学，2003． 【作者简介】 刘宝超（1987- ），男，工学硕士，现在 大连市市政设计研究院有限责任 公司主要从事岩土隧道以及地下 图 4 中隔墙最大主应力 σ1 云图 图 5 单元 I 最大主应力 σ1 变化曲线 结构方面的研究和设计工作 |
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