劉書斌，周超月，方 勇

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610031)

小凈距隧道下穿薄煤層采空區(qū)地層開挖穩(wěn)定性分析

劉書斌，周超月，方 勇

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610031)

采空區(qū)地層離散性大，小凈距隧道近接下穿不同傾角薄煤層采空區(qū)開挖將引起采空區(qū)內(nèi)腔塌陷。建立小凈距隧道近接下穿采空區(qū)地層開挖模型，對(duì)比分析采空區(qū)傾角為0°、15°、25°、40°時(shí)先行洞監(jiān)測(cè)面洞周位移和初支內(nèi)力。結(jié)果表明：后行洞初支閉合時(shí)，采空區(qū)傾角為15°時(shí)，拱頂下沉量最大；采空區(qū)傾角為40°時(shí)，仰拱隆起量和拱腰水平收斂量最大；隨著采空區(qū)傾角增大，初期支護(hù)正(內(nèi))彎矩分布和軸力最大位置有向近接采空區(qū)側(cè)移動(dòng)的趨勢(shì)，偏壓越嚴(yán)重；應(yīng)力集中逐漸由右拱腳向左拱腳移動(dòng)。最大偏心距出現(xiàn)在拱腳處，采空區(qū)傾角為15°時(shí)，偏心距最小，初期支護(hù)穩(wěn)定性最好；傾角為40°時(shí)，偏心距最大，不利于初期支護(hù)穩(wěn)定。

小凈距隧道；上覆采空區(qū)；傾角；初支內(nèi)力；洞周位移

1 概述

采空區(qū)是煤礦工作面開采后形成的塌落空間。根據(jù)上覆圍巖的破壞程度和變形特征，大致可分為采空區(qū)冒落帶、裂隙帶和彎曲帶[1，2]。隧道下穿煤層采空區(qū)施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)將打破現(xiàn)有的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)腔塌陷。尤其在冒落帶，巖體松散而破碎，不僅降低了圍巖承載力，還會(huì)引起隧道縱向、橫向不均勻沉降，造成隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和開裂[3]。小凈距隧道近接煤層采空區(qū)施工將不可避免地產(chǎn)生相互影響(當(dāng)采空區(qū)與隧道間距較小，同時(shí)小凈距隧道近接施工不可避免地產(chǎn)生相互影響)，同時(shí)后行洞開挖和煤層采空區(qū)將對(duì)先行洞初期支護(hù)穩(wěn)定性造成疊加影響。

目前對(duì)于采空區(qū)地層隧道建設(shè)方面的研究已積累了一些經(jīng)驗(yàn)[3，4]，對(duì)小凈距隧道的研究則主要集中在雙洞合理間距及中巖墻受力等方面[5，6]。方勇[3]等開展了公路隧道下穿雙層采空區(qū)開挖過程模型試驗(yàn)，研究了雙層采空區(qū)地層移動(dòng)及隧道初期支護(hù)受力規(guī)律。張志沛[4]探討了隧道工程在煤層采空區(qū)地段的治理方法，并在此基礎(chǔ)上，提出了適合于隧道工程在煤層采空區(qū)地段治理的方法與對(duì)策。謝卓雄[5]運(yùn)用小凈距隧道三維開挖模型研究了兩隧道掌子面距離的變化對(duì)小凈距隧道結(jié)構(gòu)的影響，得出了小凈距隧道的空間相互影響效應(yīng)。王樹仁[7]等以師婆溝隧道為工程背景，運(yùn)用 MIDAS/GTS 有限元程序構(gòu)建 FLAC3D三維計(jì)算模型，對(duì)隧道初襯結(jié)構(gòu)變形及受力特征等進(jìn)行數(shù)值模擬分析。姚勇[8]等運(yùn)用彈塑性數(shù)值模擬的方法，對(duì)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖小凈距隧道中間夾巖的受力變形進(jìn)行了研究，得出不同地質(zhì)條件小凈距隧道支護(hù)、開挖及巖墻加固的合理方法。黃明[9]對(duì)雙向六車道連拱隧道鄰近采煤空洞時(shí)的圍巖穩(wěn)定進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，研究了Ⅵ級(jí)圍巖條件下隧道附近采空區(qū)空洞處置及隧道圍巖加固措施。鐘祖良[10]等通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和數(shù)值模擬的方法，推導(dǎo)出能夠考慮隧道左、右洞先后施工過程的隧道圍巖壓力計(jì)算理論。FU Yapeng[11]等通過弱化圍巖參數(shù)將采空區(qū)等效為均質(zhì)巖體，研究了上覆采空區(qū)傾角對(duì)隧道單洞的影響，得到傾角越小，施工風(fēng)險(xiǎn)越高。黃太武[12]通過對(duì)采空區(qū)橋梁群樁基礎(chǔ)沉降進(jìn)行數(shù)值模擬，分析采空區(qū)樁基在荷載作用下變形過程及特點(diǎn)，揭示不同工況下的基礎(chǔ)變形規(guī)律。楊志浩[13]等通過控制變量法建立雙層采空區(qū)隧道模型進(jìn)行計(jì)算，考慮采空區(qū)高度及采空區(qū)之間間距的影響，對(duì)隧道開挖過程中圍巖形變及位移、圍巖應(yīng)力及圍巖塑性區(qū)的開展情況進(jìn)行分析。

以上對(duì)于采空區(qū)的研究較多，同時(shí)對(duì)于小凈距隧道施工后行洞的開挖對(duì)于先行洞的影響研究較多，但研究主要從采空區(qū)對(duì)于單洞隧道的影響和小凈距隧道近接施工相互擾動(dòng)的角度進(jìn)行，很少研究采空區(qū)對(duì)于小凈距隧道開挖的影響，尤其是采空區(qū)傾角和后行洞施工擾動(dòng)對(duì)于先行洞穩(wěn)定性的疊加影響。本文采用三維有限元方法，模擬采空區(qū)地層下修建雙洞小凈距隧道，通過對(duì)比不同傾角采空地層先行洞監(jiān)測(cè)面的沉降、側(cè)移及初期支護(hù)內(nèi)力規(guī)律，分析采空區(qū)地層傾角對(duì)小凈距隧道初期支護(hù)穩(wěn)定性的影響。

2 計(jì)算建模

數(shù)值模擬采用有限差分計(jì)算軟件FLAC3D進(jìn)行，選取以Zienkiewicz-Pande為屈服準(zhǔn)則的摩爾-庫倫本構(gòu)模型，模擬小凈距隧道下穿不同傾角上覆采空區(qū)地層開挖過程，得到目標(biāo)斷面隧道洞周位移和襯砌內(nèi)力，分析不同傾角采空區(qū)的存在對(duì)小凈距隧道開挖初期支護(hù)穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

2.1 三維有限元模型

模型中采空區(qū)、基巖采用實(shí)體單元模擬，初期支護(hù)均采用殼(shell)單元模擬，模型尺寸為(寬×高)140 m ×130 m，縱向長16 m。上覆傾斜采空區(qū)與隧道間距為1 m，隧道跨徑D為12.5 m，雙洞間距0.5D，埋深70 m。隧道沿Y軸正方向開挖，分別模擬采空區(qū)傾角為0°(水平采空區(qū))、15°(緩傾采空區(qū))、25°(傾斜采空區(qū))、40°(傾斜采空區(qū))4種工況。隧道與采空區(qū)的空間位置(采空區(qū)傾角15°)如圖1所示，三維有限元模型如圖2所示。

圖1 采空區(qū)與隧道空間位置

圖2 三維有限元模型(采空區(qū)傾角15°)

為了消除邊界效應(yīng)的影響，模型中測(cè)試斷面選在模型縱向中間斷面(Y=8 m處)，分別在隧道斷面的拱頂、仰拱、左右拱腰、拱肩和拱腳處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別監(jiān)測(cè)拱頂和仰拱的豎向位移，拱肩、拱腰和拱腳的水平位移以及各個(gè)測(cè)點(diǎn)處的內(nèi)力。測(cè)試斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 測(cè)試斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

2.2 模型參數(shù)的選取

通過弱化圍巖參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)“三帶”的模擬，參考《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D70—2004)，文中采空區(qū)圍巖級(jí)別取為Ⅴ級(jí)，基巖圍巖級(jí)別選為Ⅳ級(jí)，采空區(qū)冒落帶高度3 m，裂隙帶高度12 m。采空區(qū)下部為基巖。采空區(qū)冒落帶，裂隙帶，彎曲帶，基巖各參數(shù)見表1。

表1 圍巖各參數(shù)取值

3 開挖模擬

隧道擬采用上下臺(tái)階法開挖，開挖同時(shí)完成支護(hù)，上臺(tái)階開挖7步后開始下臺(tái)階的開挖，并支護(hù)上下臺(tái)階。開挖順序?yàn)橄乳_挖左洞后開挖右洞，每步開挖進(jìn)尺為2 m，上下臺(tái)階法的開挖步驟為：開挖上臺(tái)階(第1個(gè)進(jìn)尺)→開挖上臺(tái)階(第2個(gè)進(jìn)尺)， 支護(hù)(第1個(gè)進(jìn)尺)→開挖上臺(tái)階(第3個(gè)進(jìn)尺)，支護(hù)(第2個(gè)進(jìn)尺)→依次循環(huán)開挖→開挖上臺(tái)階(第7個(gè)進(jìn)尺)，開挖下臺(tái)階(第1個(gè)進(jìn)尺)，支護(hù)上臺(tái)階(第6個(gè)進(jìn)尺)→開挖上臺(tái)階(第8個(gè)進(jìn)尺)，開挖下臺(tái)階(第1個(gè)進(jìn)尺)，支護(hù)上臺(tái)階(第7個(gè)進(jìn)尺)，支護(hù)下臺(tái)階(第1個(gè)進(jìn)尺)→依次循環(huán)開挖。開挖并完成支護(hù)，左右洞共需29步。對(duì)于開挖的模擬，通過改變單元的材參實(shí)現(xiàn)。隧道內(nèi)部土體及襯砌均為預(yù)設(shè)單元，分部開挖時(shí)，隧道核心土單元賦參為空單元，改變襯砌單元材參。開挖示意見圖4。

圖4 開挖示意

4 計(jì)算結(jié)果分析

上覆采空區(qū)地層小凈距隧道開挖，先行洞的穩(wěn)定性必然受到后行洞開挖和采空區(qū)地層的疊加影響。通過分析監(jiān)測(cè)面處各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移和內(nèi)力，分析上覆采空區(qū)地層小凈距隧道開挖過程中洞周位移及初支內(nèi)力變化規(guī)律。

4.1 沉降分析

不同工況下目標(biāo)斷面拱頂沉降與開挖步的時(shí)程曲線如圖5所示，拱頂下沉、仰拱隆起與傾角的關(guān)系如圖6所示，仰拱豎向位移時(shí)程曲線如圖7所示。

圖5 拱頂下沉?xí)r程曲線

圖6 拱頂下沉、仰拱隆起與傾角關(guān)系圖

圖7 仰拱豎向位移時(shí)程曲線

采空區(qū)小凈距隧道不同傾角下先行洞拱頂下沉量隨開挖步的變化趨勢(shì)大致相同(圖5)。從拱頂沉降量值分析：最大值出現(xiàn)在采空區(qū)傾角為15°時(shí)(29.2 mm)，比采空區(qū)傾角為0°時(shí)(28.1 mm)增大1.1 mm，增幅達(dá)3.91%；最小值出現(xiàn)在采空區(qū)傾角40°(21.5 mm)，約為傾角0°時(shí)的76.5%；傾角為25°時(shí)(24.7 mm)介于15°～40°。從拱頂沉降的變化趨勢(shì)分析(圖7)：小凈距隧道先行洞在后行洞的影響下，采空區(qū)地層傾角從0°變?yōu)?5°時(shí)拱頂下沉增加，傾角增大到25°時(shí)，拱頂下沉減小，變?yōu)?0°時(shí)進(jìn)一步變小。

通過圖7可以看出，與拱頂沉降類似，不同傾角仰拱隆起量隨開挖步的變化趨勢(shì)大致相同。從仰拱隆起量值分析：后行洞初支閉合時(shí)，采空區(qū)傾角為40°時(shí)，小凈距隧道先行洞在后行洞影響下仰拱隆起量最大(7.94 mm)，相比傾角0°時(shí)(7.46 mm)，增幅達(dá)6.43%；傾角為25°時(shí)仰拱隆起量最小(6.74 mm)，約為傾角0°時(shí)的90.35%。采空區(qū)傾角為15°時(shí)仰拱隆起量(6.8 mm)介于0°～25°。從變化趨勢(shì)分析(圖7)：小凈距隧道先行洞在后行洞施工影響下，傾角從0°增大到15°時(shí)，仰拱隆起量減小，增大到25°時(shí)反而增大，傾角增大到40°時(shí)再次增大。

4.2 水平收斂分析

選取拱腰為水平收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)斷面左右拱腰監(jiān)測(cè)點(diǎn)X方向位移，先行洞監(jiān)測(cè)點(diǎn)的側(cè)移和水平收斂隨開挖的時(shí)程曲線見圖8、圖9。

圖8 拱腰側(cè)移時(shí)程曲線

圖9 監(jiān)測(cè)斷面拱腰水平收斂曲線

不同傾角采空區(qū)地層先行洞左、右拱腰監(jiān)測(cè)點(diǎn)側(cè)移量隨開挖步的變化趨勢(shì)相同。從拱腰側(cè)移量值分析：后行洞初支閉合后，采空區(qū)傾角為40°時(shí)，左拱腰側(cè)移量為11.6 mm，約為采空區(qū)傾角為0°時(shí)(2.7 mm)的4.30倍，傾角為15°和20°時(shí)分別為6.27 mm和9.25 mm，介于0°～40°之間。采空區(qū)傾角為40°時(shí)，先行洞右拱腰側(cè)移量為0.483 mm，約為采空區(qū)傾角為0°時(shí)的14.21%。采空區(qū)傾角為15°和25°時(shí)分別為2.34 mm和1.64 mm，介于0°～40°。

從拱腰側(cè)移變化趨勢(shì)分析：小凈距隧道先行洞在后行洞影響下，左、右拱腰側(cè)移量在傾角為0°到40°的4種工況中分別呈現(xiàn)出依次增大、減小的趨勢(shì)。同一角度時(shí)，左右拱腰側(cè)移量大小不同，這是由于采空區(qū)地層離散性和荷載偏壓導(dǎo)致。后行洞開挖過程對(duì)右拱腰側(cè)移量影響較大，對(duì)左拱腰側(cè)移量影響較小。傾角為40°時(shí)，后行洞開挖造成右拱腰側(cè)移量達(dá)到最大值2.157 mm，傾角為0°時(shí)，為最小值0.29 mm。傾角為15°和20°時(shí)分別介于0°～40°，分別為0.99 mm和1.63 mm。由此，采空區(qū)傾角為40°時(shí)，應(yīng)加固中巖墻。

隧道水平收斂量為左右拱腰側(cè)移量之和。由圖9看出，不同傾角采空區(qū)地層下先行洞水平收斂量隨開挖步的變化趨勢(shì)大致相同，均在先行洞初支閉合時(shí)出現(xiàn)最大值。至后行洞初支閉合，傾角為40°時(shí)，拱腰水平收斂為4種工況中的最大值(12.1 mm)，相比傾角為0°時(shí)(6.1 mm)增幅達(dá)1倍。傾角為15°和25°時(shí)介于0°和40°，分別為8.61 mm和10.9 mm。從變化趨勢(shì)角度分析，由圖10看出，小凈距隧道先行洞在后行洞施工擾動(dòng)影響下，采空區(qū)傾角從0°增大到40°的4種工況中，拱腰水平收斂值依次增大，傾角為40°時(shí)達(dá)到最大值1.5 mm。究其原因，采空區(qū)地層傾角造成地層偏壓荷載偏壓，在后行洞施工擾動(dòng)的影響下，影響左右拱腰處側(cè)移值和水平收斂值。對(duì)小凈距隧道下穿傾斜采空區(qū)的工況，應(yīng)該及時(shí)封閉初期支護(hù)，傾角較大時(shí)并加固中巖墻。

圖10 拱腰水平位移與傾角關(guān)系

4.3 內(nèi)力分析

隧道荷載主要來自于上覆圍巖的松動(dòng)塌陷，下覆圍巖主要提供基底抗力。采空區(qū)為松散堆積體，重度與圍巖存在差異，隧道開挖引起上部采空區(qū)的垮塌，同時(shí)傾斜采空區(qū)的存在必定造成上覆荷載的偏壓，影響對(duì)初期支護(hù)內(nèi)力分布。監(jiān)測(cè)面最終彎矩和軸力如圖11、圖12所示。

圖11 不同工況監(jiān)測(cè)面彎矩(單位：kN·m)

圖12 不同工況監(jiān)測(cè)面軸力(單位：kN)

至后行洞初支閉合，小凈距隧道先行洞在后行洞施工擾動(dòng)下，采空區(qū)傾角不同，彎矩量值、分布形態(tài)及最大值出現(xiàn)位置均不相同。從彎矩圖量值看，采空區(qū)傾角為0°時(shí)，最大正(內(nèi))、負(fù)(外)彎矩出現(xiàn)位置分別為拱頂(30.72 kN·m)和右拱腳處(72.41 kN·m)。傾角為15°時(shí)，最大正(內(nèi))、負(fù)(外)彎矩出現(xiàn)位置分別為左拱肩(28.73 kN·m)和右拱腳(61.46 kN·m)。傾角為25°和40°度時(shí)，最大正(內(nèi))彎矩出現(xiàn)位置均為左拱肩處，量值分別為52.61 kN·m和44.71 kN·m；最大負(fù)(外)彎矩出現(xiàn)位置分別為右拱腳(78.73 kN·m)和左拱腳處(89.31 kN·m)。采空區(qū)不同傾角下，彎矩絕對(duì)值最大值均出現(xiàn)在拱腳處，拱腳處出現(xiàn)應(yīng)力集中。

從分布形態(tài)來看，采空區(qū)水平時(shí)，彎矩基本對(duì)稱分布；采空區(qū)傾斜時(shí)，彎矩圖分布不對(duì)稱，驗(yàn)證了采空區(qū)造成地層荷載偏壓。采空區(qū)傾角增加，拱頂正彎矩區(qū)先向左拱肩處移動(dòng)并擴(kuò)大，然后向左拱腰處移動(dòng)并有減小趨勢(shì)，右拱肩處負(fù)彎矩區(qū)向拱頂方向移動(dòng)，量值先擴(kuò)大然后減小，左拱腳處彎矩持續(xù)增大；同時(shí)，應(yīng)力集中部位由右拱腳處向左拱腳處轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。傾角為0°時(shí)，左拱肩處彎矩為-47.45 kN·m，拱頂彎矩為30.72 kN·m，左拱腳處彎矩為-45.58 kN·m；采空區(qū)傾角為15°時(shí)，拱肩彎矩由負(fù)彎矩變成正彎矩28.73 kN·m，拱頂正彎矩也明顯減小為4.43 kN·m，左拱腳處彎矩增大為49.79 kN·m。傾角為25°時(shí)，左拱肩處正彎矩進(jìn)一步增加到52.61 kN·m，左拱腰處彎矩也明顯增大為23.96 kN·m，拱頂處彎矩由正彎矩變成負(fù)彎矩為-32.95 kN·m，左拱腳處彎矩增大到68.40 kN·m。傾角為40°時(shí)，左拱肩處彎矩減小到44.71 kN·m，左拱腰處彎矩持續(xù)增加到35.83 kN·m；拱頂負(fù)彎矩減小到28.56 kN·m；左拱腳處彎矩增大到89.31 kN·m。

從初期支護(hù)軸力圖分布形態(tài)來看，軸力圖分布呈現(xiàn)出拱部較大，底部較小的狀態(tài)。拱頂、拱肩處彎矩值相對(duì)較大，且采空區(qū)傾角增大，拱頂及左拱肩處軸力有增大的趨勢(shì)，即初期支護(hù)距離采空區(qū)較近部位軸力增大。采空區(qū)傾角為0°時(shí)，拱頂及左拱肩軸力值分別為8 210 kN和8 240 kN，采空區(qū)傾角為15°時(shí)，拱頂和左拱肩處軸力值為9 273 kN和8 926 kN，有明顯的增大；采空區(qū)傾角為25°和40°時(shí)，繼續(xù)增大；傾角為40°時(shí)拱頂和左拱肩處軸力達(dá)到最大值分別為9 826 kN和12 630 kN。這與采空區(qū)傾角的不同造成地形荷載的偏壓有關(guān)，距離采空區(qū)較近部位承受左右側(cè)較大土壓力，而產(chǎn)生較大的軸力。拱腰、拱腳及仰拱位置軸力相對(duì)較小。

對(duì)于一定范圍內(nèi)隧道初期支護(hù)的穩(wěn)定性取決于所承受的軸力和彎矩，軸力有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。偏心距(彎矩和軸力之比)是評(píng)價(jià)初期支護(hù)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。采空區(qū)不同傾角下初期支護(hù)各個(gè)部位的最大偏心距如表2所示。從表2可以看出，4種工況下，正(內(nèi))彎矩引起的偏心距普遍較小。應(yīng)力集中在拱腳處，拱腳處的偏心距較大。傾角40°時(shí)，左拱腳處偏心距出現(xiàn)最大值20.77 mm，最不利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；最小值為傾角15°時(shí)(15.16 mm)，初支穩(wěn)定性最好。傾角為0°和25°時(shí)，最大偏心距出現(xiàn)在右拱腳處，分別為16.22 mm和19.33 mm，穩(wěn)定性介于15°和20°之間。

表2 監(jiān)測(cè)面初支內(nèi)力匯總

5 結(jié)論及建議

緩傾斜和傾斜采空區(qū)的存在造成地層的偏壓。小凈距隧道下穿緩傾斜和傾斜采空區(qū)地層開挖會(huì)破壞地應(yīng)力平衡狀態(tài)，造成采空區(qū)內(nèi)腔塌落。通過開展小凈距隧道開挖數(shù)值模擬，分析了先行洞中間斷面的洞周位移和初期支護(hù)內(nèi)力，得到了采空區(qū)地層和后行洞開挖對(duì)先行洞初支穩(wěn)定性的疊加影響規(guī)律：

(1)小凈距隧道先行洞在后行洞施工擾動(dòng)下，后行洞初支閉合時(shí)，采空區(qū)傾角約為15°時(shí)，拱頂下沉量最大，故遇到類似工況應(yīng)縮短上臺(tái)階初期支護(hù)時(shí)間，并增大初期支護(hù)剛度以保證穩(wěn)定性。采空區(qū)傾角為40°時(shí)，仰拱隆起量最大，應(yīng)及時(shí)閉合初支斷面；拱腰水平收斂最大，同時(shí)后行洞開挖對(duì)于先行洞右拱腰側(cè)移影響最大，應(yīng)該及時(shí)封閉初期支護(hù)，增大初期支護(hù)剛度并加固中巖墻。

(2)小凈距隧道先行洞在后行洞施工擾動(dòng)的影響下，采空區(qū)由水平變傾斜并且傾角增大過程中，后行洞初支閉合后先行洞初期支護(hù)正(內(nèi))彎矩分布區(qū)有向左側(cè)(靠近采空區(qū)側(cè))移動(dòng)的趨勢(shì)，從拱頂?shù)阶蠊凹绮⒅饾u下移。拱腳處發(fā)生應(yīng)力集中，并且應(yīng)力集中部位從右拱腳向左拱腳移動(dòng)的趨勢(shì)。軸力最大位置也由拱頂向左拱肩移動(dòng)并繼續(xù)增大。

(3)至后行洞初期支護(hù)閉合，偏心距最大位置發(fā)生在拱腳處，采空區(qū)傾角為15°時(shí)，偏心距最小，初期支護(hù)穩(wěn)定性最好。傾角為40°時(shí)，偏心距最大，不利于初期支護(hù)穩(wěn)定。

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Analysis of Excavation Stability of Twin Tunnels Under-crossing Thin Mined-out Coal Area

LIU Shu-bin， ZHOU Chao-yue， FANG Yong

(MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering， Southwest Jiaotong University， Chendu 610031， China)

Mined-out area is of high discreteness. The construction of twin tunnels undercrossing thin mined-out coal area with different dip angles may lead to inner cavity collapse， causing bias load. A model of twin tunnels excavated undercrossing mined-out coal area is established to analyze the hole perimeter displacement and the primary support internal force of the monitoring section of the tunnel first excavated when the dip angle of the mined-out coal area is 0°，15°，25°and 40°. The results show that after the primary support of the second tunnel is closed， the vault settlement of the tunnel first excavated is the biggest when the dip angle is about 15°; when the dip angle of the mined-out coal area is 40°， the invert displacement and the arc spring level convergence is the biggest; as the dip angle of the mined-out area increases， the positive bending moment and the maximum axial force position of the primary support tend to move to the side close to the mined-out area， and the load bias is more serious; the stress concentration position tends to move from right arch spring to left arch spring. The maximum eccentricity position is at the arch spring. The minimum eccentricity appears when the dip angle of mined-out coal area is 15°and the stability of primary support is at its best. While， the maximum eccentricity shows up when the dip angle of mined-out coal area is 40°， and the stability of primary support is the weakest．

Twin tunnels; Overlap mined-out coal area; Dip angle; Primary support internal force; Hole perimeter displacement

2015-02-01；

2015-03-02

劉書斌(1991—)，男，碩士研究生，E-mail:52175856@qq.com。

方 勇(1981—)，男，副教授，博士，主要從事隧道及地下工程方面的研究，E-mail：fy980220@swjtu.cn。

1004-2954(2015)10-0128-06

U455.43

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.10.029