石龙飞 龚贵友

（重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074）

0 引言

在大跨度、大断面隧道开挖过程中，通常采用台阶法或者分部开挖法这两种方法及由其演变的开挖方法，即采用分层分块、逐块逐段形成隧道设计断面的开挖方式[1,2]。

1 依托工程概况

隧道总长170m，为短隧道。隧道净宽：12m（8m车行道，4m人行道），采用拱高7.4m，上圆半径为6.3m的三心圆曲边墙结构，端墙式门洞，该隧道为单洞双向行驶两车道，设计车速40km/h的三级公路。

2 隧道开挖三维数值模拟分析

本文采用有限元岩土分析软件MIDAS对磨盘坡隧道不同工法下的开挖过程进行三维数值模拟分析。

2.1 计算模型的物理参数选取

根据《公路隧道设计细则》[3] ，以及本工程实际情况，论文中有限元模型中，采用Ⅴ级围岩，所用参数如表1所示。

表1 模型计算物理力学指标

大跨度、大断面隧道的结构特点与受力特性决定了最好采用分步开挖、分部支护的方式，因此选择单侧壁导坑法、三台阶七步开挖法、双侧壁导坑法和上下两台阶法，分别进行开挖全过程动态数值模拟，有限元计算模型如图1所示。

图1 四种有限元计算模型

2.2 计算结果分析

由图2-图5可知，如果只单独考虑隧道施工安全本身，从最直观的整体结构最大竖向位移和水平位移综合分析，双侧壁导坑法优于单侧壁导坑法优于三台阶七步开挖法优于上下二台阶法，均在磨盘坡隧道拱顶沉降限制值为50mm，预警值为34mm的范围内，四种工法对应的隧道结构整体竖向、水平位移，关键点位水平位移的结果，均满足要求，在规定范围内。

3 开挖方案比选

3.1 建立递阶层次的结构模型

对于磨盘坡隧道四种不同开挖方案比选，其总体层次计算如下表2所示。

表2 磨盘坡隧道开挖方案排序

3.2 比选排序并确定最终方案

在以B1施工安全、B2工程质量、B3施工成本、B4施工进度、B5施工技术要求为标准层的条件下，各方案层权重从大到小排序为：上下二台阶法为0.4312，三台阶七步开挖法为0.2163，单侧壁导坑法为0.1918，双侧壁导坑法为0.1607。上下二台阶法相对于其他三种开挖方案有巨大优势，改为洞口浅埋段采用三台阶七步开挖法、隧道深埋段采用上下二台阶法。

4 结论

（1）采用四种不同的工法，隧道拱顶的沉降值均在限制值内，且对应的隧道结构整体竖向、水平位移值和关键点位水平位移值，均在规定范围内。

（2)引用运筹学理论知识里的层次分析法，可得四种工法中上下二台阶法优势巨大，选用具有代表性的四种不同上下二台阶法进行数值模拟，最决定对磨盘坡隧道采用二台阶新四步开挖法。