張軍偉，李泉源，易雄川，楊翔

（重慶建工市政交通工程有限責(zé)任公司，重慶400021）

薄壁面板隔墻法在特大斷面隧道施工中的力學(xué)特征分析

張軍偉，李泉源，易雄川，楊翔

（重慶建工市政交通工程有限責(zé)任公司，重慶400021）

以某淺埋暗挖城市地鐵車站為工程背景，利用有限元數(shù)值模擬方法分析了薄壁面板隔墻法的原理和在施工過程中隧道圍巖的變形和力學(xué)演化特征。分析結(jié)果表明，薄壁面板隔墻法的臺階式導(dǎo)坑開挖主導(dǎo)了隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中特征和變形特征，施工時(shí)特大斷面隧道的初襯、錨桿和圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變均沿隧道軸向方向階段性地出現(xiàn)多個(gè)應(yīng)力集中區(qū)和位移劇變區(qū)，各區(qū)域的分界處基本和隧道先開挖側(cè)各導(dǎo)坑開挖端面平齊。而且，中隔墻和預(yù)留核心土的設(shè)置有效地改善了開挖對特大斷面隧道圍巖的擾動(dòng)，使得隧道圍巖塑性區(qū)小，隧道的拱腳水平相對凈空變化指標(biāo)和拱頂相對下沉指標(biāo)均能滿足特大斷面隧道的穩(wěn)定性要求。

特大斷面隧道；薄壁面板隔墻法；數(shù)值模擬；隧道施工；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市軌道交通特別是地鐵建設(shè)迎來了大發(fā)展的黃金時(shí)期。重慶地處西部山區(qū)城市，中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖石地層廣泛分布，適合進(jìn)行暗挖車站修建。城市地鐵車站是地鐵線路上最重要、最復(fù)雜的部分，車站隧道通常為超大斷面隧道，其結(jié)構(gòu)跨度大、地質(zhì)條件和周邊施工環(huán)境復(fù)雜，在開挖建設(shè)過程中極易出現(xiàn)地表開裂、沉降變形甚至垮塌破壞等現(xiàn)象[1]，造成施工進(jìn)度緩慢、經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重、影響城市周邊環(huán)境等問題。目前解決超大斷面隧道施工的方法中相對比較成熟且廣為運(yùn)用的方法即為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，在重慶已修建地鐵中的臨江門車站、大坪車站和紅旗河溝車站等[2-4]均采用的是此施工方法。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法以其施工穩(wěn)定性好、安全性高等受到眾多的青睞，但也存在著工序多、施工干擾大、施工速度較慢、管理成本較高等缺點(diǎn)。

為了解決上述問題，依托重慶軌道交通環(huán)線暗挖隧道車站工程進(jìn)行了特大斷面地鐵車站快速施工技術(shù)研究，提出了在特大斷面隧道施工中采用薄壁面板隔墻法施工，即在特大斷面隧道開挖施工中，上部采用臺階法施工，完成后施作薄壁面板隔墻，下部按雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，將臺階法、CD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。薄壁面板隔墻法與中巖柱單邊落底法有著異曲同工之處，二者除拱頂位移略大于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法外，其水平收斂、地表沉降和塑性區(qū)范圍均優(yōu)于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CD法[5]。薄壁面板隔墻法相較于中巖柱單邊落底法，中隔墻采用混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度可控，解決了中巖柱單邊落地法對隧道中巖柱構(gòu)造和強(qiáng)度的限制，適用范圍更廣。在實(shí)際工程應(yīng)用中薄壁面板隔墻法也取得了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益，該方法為解決重慶地鐵工程建設(shè)中存在的相似問題提供了施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)保障，促進(jìn)了特大斷面隧道設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。

1 工程概況

重慶軌道交通環(huán)線涂山站位于南岸區(qū)涂山鎮(zhèn)，車站位于涂山路及川渝卷煙廠大門處道路下方，呈西北-東南向設(shè)置。涂山車站為地下兩層雙島（10+10m）雙洞四線暗挖越行車站，有效站臺長140m，以配線段端墻內(nèi)側(cè)計(jì)，車站起點(diǎn)里程為DK28+ 422.648，終點(diǎn)里程為DK28+848.670，車站總長為426.022m（含配線段），隧道縱坡2‰，車站主體隧道單洞標(biāo)準(zhǔn)斷面為馬蹄形斷面，單洞開挖跨度21.56m、開挖高度20.03m、開挖斷面面積376.80m2，根據(jù)國際隧道協(xié)會隧道斷面劃分標(biāo)準(zhǔn)[1]，此斷面面積已超過100m2為超大斷面隧道。隧道圍巖級別為Ⅳ級，車站主體隧道埋深約29m。車站主體隧道地質(zhì)情況穩(wěn)定，主要有砂巖層和砂質(zhì)泥巖層構(gòu)成，層間結(jié)合良好，雖有局部巖體有小范圍破碎，但整體巖層穩(wěn)定；地表處有5～6m的填土層。

2 薄壁面板隔墻法工藝原理

薄壁面板隔墻法以新奧法為基本原理，在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的基礎(chǔ)上結(jié)合臺階法及CD法的優(yōu)點(diǎn)，考慮鉆爆施工的影響因素，上部開挖支護(hù)采用臺階法施工，完成后施作薄壁面板隔墻，中下部開挖支護(hù)遵循雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的步序與支護(hù)參數(shù)，二襯施工順序與雙側(cè)壁法相比區(qū)別在于先取核心土，再做仰拱而后施工拱墻二襯（見圖1）。

圖1 薄壁面板隔墻法施工步序示意圖

圖2 有限元模型

起拱線以上開挖為臺階法施工，其斷面大小控制在100m2以內(nèi)（如果隧道總斷面為200～250m2，可1次開挖成型）；開挖完成后，設(shè)置薄壁面板隔墻臨時(shí)輔助支撐，代替上部核心土，施工過程中臨時(shí)薄壁面板隔墻（鋼筋混凝土隔墻）的混凝土中按配合比均勻加入了速凝劑，保證噴射完成8h后整體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，有效保證了斷面的剛度，減少了拱部臨空時(shí)間，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一步的爆破開挖，爆破時(shí)應(yīng)控制最大裝藥量與單段最大起爆藥量，盡可能降低振動(dòng)，減少對中隔墻和圍巖的擾動(dòng)，再輔以實(shí)時(shí)的監(jiān)控量測，在拱部巖石地應(yīng)力二次重新分布完成后，再進(jìn)行下一階段的施工。

中下部左右幅導(dǎo)坑的開挖、薄壁面板隔墻和中下部核心土的拆除開挖是按照雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，薄壁面板隔墻替代了上部核心土，在隔墻內(nèi)預(yù)埋的孔洞使爆破眼的設(shè)置變得更加合理和可控，拆除過程的安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

開挖完成后，及時(shí)施作仰拱，使整個(gè)斷面封閉成環(huán)，更加有利于發(fā)揮巖石的自穩(wěn)能力；同時(shí)，仰拱施作后再進(jìn)行拱部襯砌施工可以使連接部位的混凝土質(zhì)量得到更好的保證。

3 薄壁面板隔墻法施工數(shù)值模擬

為了分析薄壁面板隔墻法在特大斷面隧道施工過程中的應(yīng)力應(yīng)變變化特征，這里針對重慶軌道交通環(huán)線涂山站主體車站左線隧道采用薄壁面板隔墻法施工的一個(gè)施工循環(huán)（不包括二襯施作）過程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算模擬。

3.1 模型建立

根據(jù)隧道所處地質(zhì)條件和隧道圍巖的巖體結(jié)構(gòu)特征，建立圖2所示有限元計(jì)算分析模型。模型共有595100個(gè)單元，305020個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型長143m，寬100m，高87.95m。隧道左右兩側(cè)距離模型邊界均為60.75m，隧道頂部距模型頂部28.8m，隧道底部距離模型底部39.2m。隧道主要分布在砂巖層中，隧道頂部左側(cè)有小部分分布在砂質(zhì)泥巖層中。

模型的邊界條件：模型四周約束其水平方向位移；底邊約束其豎向位移。隧道所處地質(zhì)條件無明顯地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力，故初始應(yīng)力場按自重應(yīng)力場考慮。

模型中，初期支護(hù)采用C25早強(qiáng)噴射混凝土（厚度400mm）和25b工字鋼架（間距為0.5m，保護(hù)混凝土厚度50mm），假設(shè)其為彈性介質(zhì)；錨桿采用Φ25中空注漿錨桿，長度5.03m，環(huán)向、縱向間距1m×0.5m，梅花型布置；其他巖塊假設(shè)為理想彈塑性體，符合Mohr-Coulomb強(qiáng)度屈服準(zhǔn)則。

3.2 模型力學(xué)計(jì)算參數(shù)

根據(jù)車站的工程地質(zhì)勘查報(bào)告和相關(guān)規(guī)范，選取模型相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)

3.3 模擬分析過程

計(jì)算模擬薄壁面板隔墻法的施工工藝流程如圖1所示。

第1步，起拱線上部開挖。由于隧道斷面屬于特大斷面，為安全起見，將起拱線以上隧道斷面分為拱部上導(dǎo)坑和下導(dǎo)坑2次開挖成型，拱部初支一次成型并緊跟掌子面。

第2步，薄壁面板隔墻施工。薄壁面板隔墻采用C30混凝土澆筑成型，澆筑寬度1.5m，最大高度9.28m，通長設(shè)置。

第3步，中部右、左幅導(dǎo)坑先后開挖。先開挖右導(dǎo)坑，再開挖左導(dǎo)坑，開挖高度4.7m，預(yù)留核心土。左右導(dǎo)坑掌子面前后錯(cuò)開15m，開挖完成后立即進(jìn)行初期支護(hù)施工。

第4步，下部右、左導(dǎo)坑開挖。中臺階完成25m后進(jìn)入下臺階開挖，采用兩側(cè)交錯(cuò)、縱向階梯的方式完成兩側(cè)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。開挖方法同第3步。

第5步，薄壁面板隔墻拆除與核心土臺階式開挖。先拆除薄壁面板隔墻，再開挖中部核心土，二者前后距離保持5m；最后開挖下部核心土，中部核心土和下部核心土的開挖面距離保持在10m。開挖完成后及時(shí)施作隧道底部橫向臨時(shí)支撐。

模擬開挖時(shí)，隧道起拱線上部、各導(dǎo)坑和核心土的開挖均按照每步開挖進(jìn)尺2.5m循環(huán)開挖計(jì)算，直至開挖到設(shè)定距離。這里分別選取了隧道拱頂開挖25m、50m、75m和100m時(shí)的工況來分析特大斷面隧道圍巖在不同施工階段時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變特征。各工況下隧道的開挖狀況如圖3所示（圖中為了方便顯示隧道內(nèi)的開挖狀況未顯示隧道上部初襯）。

圖3 各工況下隧道內(nèi)部開挖情況

3.4模擬結(jié)果分析

3.4.1 應(yīng)力特征分析

圖4-圖7是薄壁面板隔墻法施工過程中，隧道圍巖應(yīng)力分布云圖。從圖4中可以看出，隧道拱頂開挖25m時(shí)，隧道圍巖應(yīng)力出現(xiàn)重新分布。隧道拱頂開挖25m時(shí)，隧道最大主應(yīng)力出現(xiàn)在左側(cè)拱腳的初襯上，為壓應(yīng)力，最大值是4.55MPa；在薄壁中隔墻和錨桿的支護(hù)作用下，隧道拱頂兩側(cè)附件出現(xiàn)開挖卸荷區(qū)；隧道底部出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力為0.39MPa；隧道中隔墻在洞口附近的上部和下部有應(yīng)力集中，最大壓應(yīng)力為3.22MPa，最大拉應(yīng)力為0.015MPa。錨桿受力具有明顯的區(qū)域性特征。在隧道左側(cè)錨桿受壓，最大壓應(yīng)力為475.38Pa；在隧道拱頂及隧道右側(cè)錨桿受拉，最大拉應(yīng)力為725.6Pa。這表明隧道左上方的砂質(zhì)泥巖由于其力學(xué)強(qiáng)度低、天然容重較大，使得隧道開挖后該巖層沉降變形較大，中空注漿錨桿也出現(xiàn)了壓縮變形（見圖4d）；而在隧道右側(cè)的砂巖層，其力學(xué)強(qiáng)度較砂質(zhì)泥巖層大，容重較小，以小沉降變形為主，錨桿能很好的發(fā)揮其對隧道圍巖的懸吊和擠壓作用。

圖4 隧道拱頂開挖25m時(shí)應(yīng)力分布云圖

圖5 隧道拱頂開挖50m時(shí)應(yīng)力分布云圖

圖5是隧道拱頂開挖50m時(shí)隧道各處應(yīng)力分布云圖。從圖中可以看出，隧道拱頂開挖50m時(shí)，隧道最大主應(yīng)力出現(xiàn)在距離洞口25m的中隔墻頂部初襯內(nèi)側(cè)附近，為壓應(yīng)力，最大值是16.375MPa。并且，在距離洞口25m的初襯和中隔墻上出現(xiàn)了一條沿隧道橫向的應(yīng)力集中帶，該集中帶與右側(cè)中導(dǎo)坑開挖端面平齊。最大拉應(yīng)力也出現(xiàn)在該應(yīng)力集中帶上，最大拉應(yīng)力值為2.06MPa?？梢娪覀?cè)中導(dǎo)坑的開挖引起了隧道圍巖的應(yīng)力重新分布。錨桿受力也發(fā)生了重新分布。除在隧道左側(cè)頂部距洞口約25m的小部分錨桿受壓外，其他部分錨桿均出現(xiàn)了受拉特征，而且，錨桿應(yīng)力明顯增大，最大壓應(yīng)力為2.42MPa，最大拉應(yīng)力為2.25MPa。最大拉應(yīng)力分布在隧道橫向應(yīng)力集中帶和隧道中導(dǎo)坑左右兩側(cè)靠近洞口處。

圖6是隧道拱頂開挖75m時(shí)隧道各處應(yīng)力分布云圖。從圖中可以看出，隧道拱頂開挖75m時(shí)，在距離洞口25m和50m的初襯和中隔墻上分別出現(xiàn)了一條沿隧道橫向的應(yīng)力集中帶，這兩條集中帶分別與右側(cè)中導(dǎo)坑開挖端面和右側(cè)下導(dǎo)坑開挖斷面平齊。隧道初襯最大壓應(yīng)力和錨桿最大壓應(yīng)力也出現(xiàn)在這兩條應(yīng)力集中帶附近。其中初襯最大壓應(yīng)力值為18.21MPa，錨桿最大壓應(yīng)力值為2.98MPa。在隧道左側(cè)中導(dǎo)坑初襯距離洞口15m的范圍內(nèi)、隧道右側(cè)中導(dǎo)坑初襯距離洞口25m的范圍內(nèi)和中隔墻頂部附近的初襯都出現(xiàn)了拉應(yīng)力區(qū)，這些拉應(yīng)力區(qū)與隧道錨桿的拉應(yīng)力區(qū)基本吻合，其中初襯的最大拉應(yīng)力值為5.11MPa，錨桿的最大拉應(yīng)力為2.56MPa?？梢?，隨著隧道的進(jìn)一步開挖，隧道各處的應(yīng)力擾動(dòng)進(jìn)一步加劇，隧道左右導(dǎo)坑的非對稱開挖也誘發(fā)了隧道同一斷面左右部分受力不對稱的情況。但是，在隧道縱向，應(yīng)力集中帶的分布則呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。

圖6 隧道拱頂開挖75m時(shí)應(yīng)力分布云圖

圖7 隧道拱頂開挖100m時(shí)應(yīng)力分布云圖

圖7是隧道拱頂開挖100m時(shí)隧道各處應(yīng)力分布云圖。從圖中可以看出，隧道拱頂開挖100m時(shí)，在距離洞口25m、50m和75m的初襯和中隔墻上分別出現(xiàn)了一條沿隧道橫向的應(yīng)力集中帶，這三條集中帶分別與右側(cè)中導(dǎo)坑開挖端面、右側(cè)下導(dǎo)坑開挖斷面和中隔墻拆除斷面平齊。隧道初襯最大壓應(yīng)力和錨桿最大壓（拉）應(yīng)力同樣出現(xiàn)在這兩條應(yīng)力集中帶附近。其中初襯最大壓應(yīng)力值為19.1MPa，錨桿最大壓應(yīng)力值為3.76MPa，錨桿最大拉應(yīng)力值為3.11MPa。在隧道拱頂附近、各導(dǎo)坑地面也都出現(xiàn)了區(qū)域性的拉應(yīng)力區(qū)，這些拉應(yīng)力區(qū)也與隧道各導(dǎo)坑的開挖長度基本吻合。在中隔墻和核心土分層開挖后，隧道拱頂初襯出現(xiàn)了明顯的拉應(yīng)力集中，最大值為4.99MPa，因此，在中隔墻拆除后應(yīng)重點(diǎn)對該區(qū)域初襯及圍巖的破壞情況進(jìn)行監(jiān)測。在隧道縱向，應(yīng)力集中帶的分布規(guī)律也更加明顯。

圖8是隧道初襯、錨桿最大應(yīng)力值隨拱頂開挖距離的變化特征。從圖8a中可以看出，隨著隧道開挖距離的增大，初襯最大壓應(yīng)力呈現(xiàn)明顯的增大趨勢，特別是在隧道中部導(dǎo)坑開挖之后，壓應(yīng)力增大最為明顯。但在隧道拱頂開挖50m之后，初襯最大壓應(yīng)力增速變緩。初襯的最大拉應(yīng)力也隨隧道拱頂開挖距離的增加呈增大趨勢，但是在開挖距離達(dá)到75m后初襯的最大拉應(yīng)力有降低趨勢。從圖8b中可以看出，隨著隧道開挖距離的增大，錨桿的最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力均不斷增大，可見開挖對隧道圍巖的擾動(dòng)不斷加劇。結(jié)合本節(jié)隧道應(yīng)力分布規(guī)律可知，在采用薄壁面板隔墻法施工時(shí)，隨著隧道開挖距離的增加，要特別注意增大導(dǎo)坑開挖端面附近的初襯、中隔墻和錨桿的支護(hù)強(qiáng)度，以確保隧道施工安全。

圖8 隧道初襯、錨桿應(yīng)力隨拱頂開挖距離的變化曲線

3.4.2 變形特征分析

（1）豎向變形特征

采用薄壁面板隔墻法對隧道開挖過程中，隧道圍巖出現(xiàn)了不均勻沉降，如圖9所示。在不同的開挖距離下，隧道的最大下沉區(qū)均分布在左側(cè)導(dǎo)坑上部圍巖，這主要是由于該處圍巖是較為軟弱的砂質(zhì)泥巖（見圖2），變形能力較隧道右側(cè)砂巖強(qiáng)。并且隨著隧道開挖距離的增加，拱頂圍巖最大下沉量從6.12mm增大到了8.02mm，但是最大下沉位置均在靠近洞口的左側(cè)導(dǎo)坑上部。而在導(dǎo)坑底部，由于隧道開挖卸荷，導(dǎo)坑底部均出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。受中隔墻和預(yù)留核心土的影響，坑底最大隆值均分布在各導(dǎo)坑中心處。隨開挖距離的增加，最大隆起值從3.46mm增大到了6.98mm。中隔墻的變形特征呈現(xiàn)上下不同的特征：中隔墻上部位移向下，出現(xiàn)壓縮變形；中隔墻下部位移向上，也出現(xiàn)壓縮變形。這是由于在隧道開挖過程中中隔墻作為隧道中部臨時(shí)支護(hù)體，既承擔(dān)了隧道上部圍巖的自重又承擔(dān)了隧道下部圍巖在地應(yīng)力作用下對隧道底部的擠壓作用。

圖9 隧道開挖過程中圍巖豎向位移云圖

此外，隧道變形區(qū)在隧道軸向上也具有明顯的規(guī)律性。這里以隧道拱頂開挖75m為例說明，如圖10。從圖10中可以看出，隧道左側(cè)拱頂初襯沿隧道軸向出現(xiàn)了間斷性的劇烈下沉區(qū)，劇烈下沉區(qū)的大小距離洞口越遠(yuǎn)越小，相鄰劇烈下沉區(qū)的分界處基本和隧道右側(cè)各導(dǎo)坑開挖端面平齊。隧道隆起區(qū)在隧道軸向上隨各導(dǎo)坑開挖距離呈現(xiàn)階段性特征?？梢?，導(dǎo)坑臺階式開挖主導(dǎo)了隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中特征和變形特征。

圖10 隧道拱頂開挖75m時(shí)隧道豎向位移云圖

（2）水平收斂特征

水平位移最大值是在隧道左側(cè)拱頂靠近砂質(zhì)泥巖處，該處圍巖在隧道開挖后有明顯的向隧道臨空面水平移動(dòng)的趨勢。當(dāng)隧道拱頂開挖25m時(shí)，隧道左側(cè)拱頂和左側(cè)墻腰均向隧道臨空方向水平收斂，最大水平位移為2.38mm，隧道右側(cè)拱頂和右側(cè)墻腰也向隧道臨空方向收斂。但是隧道左側(cè)拱腳初襯則逆向隧道臨空方向水平移動(dòng)，右側(cè)拱腳初襯也逆向隧道臨空方向水平移動(dòng)。拱腳水平相對凈空變化最大值為0.006%。當(dāng)隧道拱頂開挖50m、75m和100m時(shí)，隧道初期支護(hù)的水平位移趨勢相同，只是左側(cè)拱頂最大水平位移分別增加為2.91mm、3.51mm和3.31mm，期間拱腳水平相對凈空變化最大值為0.01%。

4 隧道穩(wěn)定性分析

圖11 隧道開挖過程中水平位移云圖

4.1 塑性區(qū)分布

隧道開挖過程中會對隧道圍巖產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)作用。采用薄壁面板隔墻法對特大斷面隧道施工時(shí)，雖盡量降低了施工開挖對圍巖的擾動(dòng)影響，但仍有部分圍巖在開挖過程中出現(xiàn)了塑性破壞，如圖12。從圖中可以看出，在隧道開挖25m之前，塑性區(qū)主要分布在隧道左側(cè)拱腳初襯外的砂巖與砂質(zhì)泥巖交界處，以及隧道左側(cè)開挖斷面上部。破壞形式主要是張拉破壞。當(dāng)隧道拱頂開挖從25m增加到75m時(shí)，隧道圍巖的主要破壞位置基本相同，但是隧道內(nèi)部的上導(dǎo)坑底部、核心土頂部和拱頂砂質(zhì)泥巖與砂巖交界處開始零星出現(xiàn)拉應(yīng)力破壞區(qū)。當(dāng)隧道中隔墻和核心土部分拆除時(shí)（隧道拱頂開挖100m時(shí)），中隔墻頂部和底部開始出現(xiàn)了剪切破壞區(qū)，并且在中隔墻拆除區(qū)域的中部核心土頂面出現(xiàn)了較大范圍的張拉破壞區(qū)，在核心土底部也出現(xiàn)了張拉破壞區(qū)。這些塑性區(qū)的出現(xiàn)不會引起隧道的整體失穩(wěn)，但是施工過程中仍應(yīng)加強(qiáng)對這些局部破壞區(qū)的支護(hù)和觀測，預(yù)防塑性區(qū)的擴(kuò)大。

圖12 隧道開挖過程中塑性區(qū)分布圖

4.2 隧道變形

隧道拱頂下沉直接反應(yīng)了隧道圍巖應(yīng)力發(fā)展趨勢，不但影響隧道本身的穩(wěn)定性還將對隧道上部地表建筑物的安全帶來隱患。根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50911-2013[6]對礦山法地鐵車站隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測項(xiàng)目控制值要求，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，可以得到采用薄壁面板隔墻法施工的特大斷面隧道各項(xiàng)變形指標(biāo)如表2。

表2 特大斷面地鐵車站初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形值

從表2中可以看出，隧道最大拱頂沉降和最大凈空收斂均小于規(guī)范控制值，表明采用薄壁面板隔墻法對特大斷面隧道開挖能保證開挖過程中隧道的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

薄壁面板隔墻法綜合了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、臺階法和CD法的優(yōu)點(diǎn)，減少了開挖工序和隧道拱部臨空時(shí)間，大大加快了施工速度。通過數(shù)值模式計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，在特大斷面隧道施工中，采用薄壁面板隔墻法施工，隧道圍巖、初襯呈現(xiàn)出以下的應(yīng)力應(yīng)變特征。

（1）隧道初襯、中隔墻和錨桿應(yīng)力會在隧道軸向方向出現(xiàn)多個(gè)應(yīng)力集中帶，各個(gè)應(yīng)力集中帶分別與隧道先開挖一側(cè)上、中、下各導(dǎo)坑的開挖端面或中隔墻的拆除斷面平齊。

（2）受中隔墻和預(yù)留核心土的影響，左右導(dǎo)坑的豎向位移互不影響，最大隆值均分布在各導(dǎo)坑中心處；隧道劇烈下沉區(qū)沿隧道軸向呈現(xiàn)階段性特征，劇烈下沉區(qū)的大小距離洞口越遠(yuǎn)越小，相鄰劇烈下沉區(qū)的分界處基本和隧道先開挖側(cè)各導(dǎo)坑開挖端面平齊。

此外，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，薄壁面板隔墻法施工過程中特大斷面隧道的塑性區(qū)小，隧道的拱腳水平相對凈空變化指標(biāo)和拱頂相對下沉指標(biāo)均遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的極限值。因此，采用薄壁面板隔墻法對特大斷面隧道開挖能保證開挖過程中隧道的穩(wěn)定性。

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Study on MechanicalCharacteristics of Thin Mid-partition Wall Method in Super-large Section Tunnel Construction

Based on the construction of tunneling urban subway station,theories of the thin mid-partition wallmethod is introduced and the transformation and mechanical evolution characteristics are analyzed with the finite element numerical simulation analysis method.The results show thatthe pilot tunnelexcavation dominates the tunnelstructure stress concentration and deformation characteristics.The stress and strain ofthe surrounding rock,initial liner and rock boltin the super large section tunnelhave multiple stress clusters and displacementupheavalzones along the axialdirection of the tunnel. The boundaries of differentstress clusters and displacementupheavalzones are almostatthe end face of the pilottunnels.Meanwhile,the setting of the middle walland the reserved core soileffectively improves the excavation disturbance of superlarge section tunnelsurrounding rock,narrowing the plastic zones ofthe surrounding rocks.The horizontalrelative clearance index oftunnelarch footand the relative sinking index ofvaultcan also meetthe stability requirements ofthe superlarge section tunnel.

super large section tunnel;thin mid-partition wallmethod;numericalsimulation;tunnelconstruction;double-side-driftmethod

TU94+1

A

1671-9107（2017）02-0055-05

10.3969/j.issn.1671-9107.2017.02.055

2016-11-28

張軍偉（1986-），男，河南項(xiàng)城人，博士，工程師，主要從事巖石力學(xué)工程研究工作。