方攀

(长安大学公路学院，陕西西安710064)

浅埋傍山隧道多采用施工工序较多的分步开挖法，各工序相互影响且多次扰动边坡，导致围岩施工过程中的力学行为难以掌控，尤其当隧道穿越浅埋地段时，极易发生失稳乃至滑坡。因此，对于傍山隧道的施工选择合理的开挖方法进行研究是十分必要的。张毅等[1]总结分析了浅埋暗挖隧道开挖方式对地层的扰动，评估了各种开挖方式对地层扰动的控制效果；汪宏等[2]针对公路隧道进洞时出现塌方的实际情况，运用数值分析的手段获得了有效的解决办法；吴旭平等[3]通过现场实测含软弱夹层浅埋隧道围岩变形并运用模拟计算得以验证，得出了围岩变形分级控制指标。施成华等[4]分析了桐油山连拱隧道浅埋段开挖引起的沿隧道纵横向的地表建筑物的移动与变形，对隧道施工有一定意义。李丽民等[5]对大拱脚台阶法在浅埋高速铁路隧道中的应用进行深入系统研究，表明基于理论分析和数值模拟提出的施工方法是科学合理的。

通过数值模拟手段分析常用的台阶法开挖、CD法、CRD法、双侧壁导坑法四种方法在软弱围岩浅埋傍山隧道开挖时对边坡稳定性影响。通过对比分析，评价开挖方案的优缺点，提出推荐工法,以期为今后浅埋傍山隧道的设计、施工提供借鉴和参考。

1 工程概况

遵赤高速隧道傍山，某浅埋段长320 m。洞身位于全强风化软弱围岩带内，工程地质件较差。由于该段受地质构造复杂，顶板厚度较薄，易发生坍塌、滑坡，围岩级别为Ⅴ级。该段埋深较浅，平均埋深和最大埋深分别为11 m和15 m，且隧道紧临边坡，坡度较大，坡度接近1∶1。

2 数值模拟方案

2.1 计算模型

以单洞四车道浅埋傍山隧道为例分析浅埋傍山隧道开挖引起的支护结构变形和围岩受力特征，采用模拟材料非线性、大变形效果较好的Midas Gts Nx软件进行数值计算，其采用显式计算方法,能够提供稳定的数值解。隧道内轮廓净宽23.01 m,净高19.21 m(包括仰拱),开挖高度21.09 m，开挖跨度25.01 m。衬砌和支护均采用弹性模型，模型选用地层—结构法的受力模式。

2.2 计算参数

计算采用二维地层—结构法分析，围岩采用Mohr-Coulomb准则。混凝土衬砌、喷混凝土、中隔壁型钢喷混凝土采用梁单元，混凝土、围岩、锚固具体计算参数见表1。

表1 计算模型参数

3 计算结果分析

3.1 边坡纵向位移

对不同开挖方案引起的边坡纵向位移与监测点(坡肩到坡趾如图1所示)到隧道地表中线的水平距离之间的关系进行统计，并绘制成曲线如图2所示。

由图2可知：各开挖工序引起边坡纵向位移值由小到大依次为：双侧壁导坑法、CRD法开挖、CD法开挖、台阶法开挖，其中双侧壁导坑法开挖引起的坡顶纵向位移值是台阶法开挖的约50%，CD法和CRD法位移变化效果基本一致；但开挖中可以明显看出CRD法对坡顶和坡趾纵向位移控制效果更好。

3.2 边坡横向位移

由于各种开挖方式位移云图直观规律相似，为方便起见，仅以台阶法开挖位移云图展示(见图3)。根据数值模拟结果，对不同开挖方案引起的边坡水平位移与监测点到坡肩位置角平分线(此处位移具有对称性)的距离之间的关系进行统计，并绘制成曲线如图4所示。

由最大地表沉陷值可知，地表位移值由大到小的施工工序依次为:台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法。台阶法开挖的沉降值最大为28 mm，双侧壁导洞法最小为14 mm;不同开挖方式的横向影响范围无明显差异，距离坡肩位置角平分线15 m范围内，约为0.7D(D为隧道断面最大跨度)。双侧壁导坑法绘制的沉降曲线斜率最大，不难发现，地表影响范围最小(约为0.3D～0.5D)。

3.3 坡顶沉降

对沿深度方向的位移分析，由于隧道埋深浅，压力拱效应不能在坡顶到洞周深度范围内形成。因此，位移值较大且沿深度方向变化较小。

从图5可看出，位移值最大的是台阶法。CD法与CRD法对地层位移扰动位移值差异较小。隧道开挖进洞洞口顶部位置的位移最大。最大位移值的69%约为坡顶位移值。单侧壁导坑法最大位移值仅约为台阶法开挖最大位移值的40%。

4 结语

1)由于埋深浅,地层软弱破碎，浅埋隧道段不能形成拱效应。各开挖工序下，洞口区段位置的坡顶沉降最大。对坡顶位移控制效果最好的是双侧壁导坑法，对洞周位移，CRD法与CD法控制效果相当。2)从坡面纵向位移、坡顶沉降、坡肩横向位移、边坡稳定系数等方面综合分析得出：双侧壁导坑法适用于对变形控制要求严格的地区，允许较大变形时，应优先采用技术、经济效益显著的台阶法。