软弱围岩中大跨度浅埋偏压小间距隧道开挖的数值模拟*傅鹤林张聚文黄陵武谢启东（中南大学土木建筑学院长沙410075）摘要：软弱围岩条件下大跨度浅埋偏压小间距隧道合理的开挖方法是隧道工程界目前一个亟待解决的难题。本文采用有限元方法，对软弱围岩条件下大跨度浅埋偏压小间距隧道的动态施工数值模拟及施工方法进行了比选分析，研究成果有利于提高大跨度浅埋偏压小间距隧道的结构设计和施工水平，达到大跨度浅埋偏压小间距隧道结构设计和施工更为经济、合理的目标，具有较好的应用前景。关键词：大跨度，浅埋，偏压，小间距隧道；动态施工；数值模拟：文献标识码：NumericalSimulationsofConstructionMethodsforLarge-span，ShallowEmbeddedandBiasTunnelwithSmallIntervalinTheSoftSurroundingRockFUHe-LinZHANGJu-WenHuangLin-WuXIEQi-Dong(Schoolofcivilengineeringandarchitecture,CentralSouthUniversity,410075)Abstract：Theproblemthatlarge-span，shallowembedded，smallintervalandbiastunnelofthemostreasonableexcavationinthesoftwallrockisurgenttobesettled．NumericalSimulationsandschemecomparisonofconstructionmethodsforlarge-span，shallowembeddedandsidestresstunnelwithsmallintervalofthesoftwallrockismadeinthispaper．Theresearchresultsofthispaperwilldobenefittoimprovethedesignofstructureandthelevelofconstructingforlarge-span，shallowembedded，smallintervalandbiastunnel，andwillmakeitmoreeconomicalandmorereasonable，whichhasgoodbachgroundandfuture．KeyWords：large-span，shallowembedded，sidestress，smallinterval；dynamicconstruction；numericalsimulation；schemecomparison随着我国高速公路建设的发展和环保意识的增强，需要在保护和利用自然环境的条件下，同时确保施工和运营的安全，充分提高交通运输效率，节省经济成本。而在我国小间距隧道的出现和研究较晚，目前还没有明确的规范，仍处于探索研究阶段。近年来，国内不少学者和研究人员做了大量的研究工作，但对大跨度浅埋偏压小间距隧道的研究报道甚少，特别是在软弱围岩条件下鲜有听闻。本文利用有限元软件，主要针对软弱围岩条件下，研究大跨度浅埋偏压小间距隧道合理的开挖方法以及两隧道开挖后相互之间的扰动影响，对于指导隧道结构设计和施工，提高隧道工程质量，加快施工进度，降低工程费用等均有重大的现实意义。1数值模拟1.1模型的建立本文以一双向六车道小净距隧道为例，而高速公路双向六车道大跨隧道一般单洞宽度16m左右，因此本文选取一浅埋偏压典型段，围岩级别取Ⅴ级，隧道处于该段坡面的正下方，坡面倾斜角度为11°左右，隧道埋深大约为15m左右，所选取的断面宽度17.5m，净宽16m隧道净高8m，隧道间距6.5m。边界条件均采用位移边界条件，地表为自由面，不受任何约----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*浙江省交通厅科技项目（200413）作者简介：傅鹤林(1965-)，男，江西高安人，中南大学教授，博士生导师，从事从事岩土工程与地下工程教学与科研工作。E-mail：fuhelin100@yahooTel:13517401653束；计算模型左右边界面及下部边界面均受到其法向方向上的位移约束。计算模型网格如图1所示，计算软件采用FLAC3D。图1计算模型网格图Fig.1wireframeofcomputationalmodel根据FLAC3D分析问题的特点，该计算模型采用弹塑性平面应变模型。隧道围岩材料特性按均质弹塑性体考虑，采Mohr-Coulomb屈服准则，初始应力仅考虑自重应力，当材料进入塑性状态后，其应力应变关系由塑性理论中的增量法求解。1.2计算参数的确定依据工程试验资料，水文地质资料和周边自然环境，并参考规范，设定岩层岩性及隧道围岩初始力学参数如表1。根据《公路隧道设计规范》所建议的范围，结合相关工程实例及围岩特性，设定隧道初支为25cmC20素砼，二衬为50cmC25钢筋砼，具体隧道支护体系的物理力学参数取值见表2。表1各岩层物理力学参数Table1Thephysicalmechanicsparameterofrocks表2支护体系物理...