（重庆交通大学，土木工程学院 重庆 400074）

小净距隧道在复杂环境下的稳定分析

彭 涛

（重庆交通大学，土木工程学院 重庆 400074）

为缓解我国公路交通运输的压力，小净距隧道以其独特的优势而在城市公路建设中频繁出现。本文以重庆市渝中区连接隧道为依托，采用有限元软件ANSYS对复杂环境下的小净距隧道做了稳定分析。研究结果表明：围岩位移计算值小于规范允许值；初支阶段局部出现应力集中，主要发生在拱顶、拱脚处。该研究方法对类似小净距隧道的稳定分析有较大借鉴意义。

小净距隧道；稳定分析；复杂环境；围岩位移

0 引言

伴随着我国交通运输量逐渐加大，越来越多的农村人口流入到城市，导致城市交通变得愈加拥挤。为缓解城市的地面交通压力，地下交通变成为最佳发展方向。交通行业作为我国的支柱产业之一，对提高人民的生活水平起到了至关重要的作用。因此，高速公路里程变得更长，鉴于我国是一个多山的国家，为缩短里程而穿越山脉不得不开挖隧道。小净距隧道由于接线短、占地量小、节约资源等优点，由于小净距隧道的这些特点而被大量工程技术人员所看重。在我国城市地下交通中和高速公路建设中，小间距隧道变得更加普遍。本文以渝中连接隧道为依托，利用有限元软件ANSYS重点研究了左右不同跨度小净距隧道在复杂荷载下的稳定性分析。

1 项目概述

1.1工程概况

本文的研究对象为渝中区连接隧道暗挖断，出口段与解放碑地下环道相接。左右隧道跨径不同，最浅埋深为5.6m，左右隧道最小净距为4.2m，该段地表建筑物有重庆市第一人民医院保留门诊楼、道门口农贸市场。地质情况由地表而下依次为杂填土，砂岩及砂质泥岩互层且节理裂隙不发育，完整度较好，因此其自承能力较强。整个围岩级别为IV级，因此不宜用全断面法开挖。

1.2物理力学参数及地表荷载

按地层结构法计算整个模型所采用的力学参数主要分为围岩的力学参数和隧道结构计算参数，详见表1。

表1 物理力学参数表

2 有限元计算模型分析

2.1开挖工序

鉴于实际施工情况，采用先开挖左洞后开挖右洞。左洞采用先外侧后内侧的CD法施工，右洞采用环形导坑预留核心土开挖。主要的开挖工序为：a)左洞左侧上台阶开挖，b)左洞左侧下台阶开挖，c)左洞右侧上台阶开挖，d)左洞右侧下台阶开挖，e)左洞仰拱、二衬浇筑，f)右洞超前支护施作，g)右洞中导坑开挖，h)右洞左侧导坑上台阶开挖，i)右洞左侧导坑下台阶开挖，j)右洞右侧导坑上台阶开挖，k)右洞右侧导坑下台阶开挖，l)右洞核心土开挖、拆除临时支撑m)右洞仰拱、二衬浇筑。

2.2有限元单元划分模型

本次计算的隧道埋深为6.0m。计算模型顶部取至地表面，隧道的左、右侧及其下边界都取三倍洞径。模型大小为135m×56m，共20635个单元，20096个节点。围岩、初支及二衬均采用Plane42，锚杆采用link1单元，工字钢采用beam3单元。顶部为自由边界，底部施加竖向约束，左右两侧各施加水平约束，计算模型如图1。

2.3模型计算结果

第1步为在自重应力场作用下求解岩土体的应力，计算得出岩土体水平最大应力为-0.60MPa，竖直最大应力为-1.40MPa。第2步为在地表建筑物作用下的岩土体应力分布，在地表临近建筑物作用下，岩土体水平最大应力为-0.65MPa，竖直最大应力为-1.62MPa。最后为右隧道在右洞仰拱、二衬浇筑（即第16步）完成后，计算得出岩土体水平位移最大值为-0.65mm，竖向位移最大值为2.11mm；初期支护第一主应力最大值为0.21MPa，初期支护第三主应力最下值为-8.03MPa；二衬第一主应力最大值为0.29MPa，二衬第三主应力最下值为-1.08MPa。其中，各施工不最大地表位移见图2所示。

图1 分析计算模型

图2 各施工步最大地表位移

2.4验算分析

1)围岩位移分析：整个围岩级别划分为Ⅳ级，隧道埋深为6.0m，其周边允许相对位移为0.15%～0.50%；隧道开挖的最大宽度为22.1m，最大高度为13.72m，因而允许相对位移为：13.72×0.15%=0.01728m=17.28mm。数值分析最后得出最大相对水平位移为0.74mm，最大竖向位移为2.73mm，二者均<17.28mm，满足要求。

2)二砌应力分析：C30混凝土的轴心抗压设计值为15.0MPa，弯曲抗压为16.5MPa，抗拉设计值为1.47MPa。数值计算结果得出压应力最大值为2.14MPa小于设计值；拉应力值最大为0.68MPa小于设计值，故满足要求。

3 结论

通过对重庆市渝中连接隧道暗挖段在左洞采用中隔壁法施工，右洞采用环形开挖留核心土施工的情况下，通过ANSYS软件分析得出，最终围岩位移值小于规范容许值，二次衬砌整体应力皆小于设计值，满足安全要求。综上所述，渝中连接隧道暗挖段左洞采用中隔壁法施工且右洞采用环形开挖留核心土施工的方法可行。这种分析计算方法对类似工程具有一定的借鉴指导作用。

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1007-6344（2017）06-0027-01

彭涛（1991- ）男，汉族，四川巴中人，硕士研究生，主要研究桥梁与隧道方向