莫忠毅 劉遠(yuǎn)明 馬智理

摘 要：貴陽軌道交通工程通區(qū)間隧道是建設(shè)工程中的難點(diǎn)。貴陽軌道交通3號(hào)線區(qū)間隧道主要采用懸臂掘進(jìn)機(jī)施工。依據(jù)貴陽市軌道3號(hào)線某區(qū)間隧道施工方案，對(duì)貴陽市軌道交通區(qū)間隧道懸臂掘進(jìn)機(jī)施工工法數(shù)值模擬分析。研究成果可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通;隧道;懸臂掘進(jìn)機(jī);數(shù)值模擬;施工工法

1 工程概況

貴陽軌道交通3號(hào)線某標(biāo)段區(qū)間隧道左線長(zhǎng)度1 009.343 m;右線長(zhǎng)度1 001.465 m。左右線間距為11.0 m～19.0 m，隧頂埋深約6.7 m～117.8 m。沿線巖體結(jié)構(gòu)以層狀巖體為主，圍巖為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)，襯砌類型為復(fù)合式襯砌。采用懸臂掘進(jìn)機(jī)法施工。

2 建立數(shù)值模型

2.1 數(shù)值模型

建立數(shù)值分析模型時(shí)，隧道埋深取為30 m，隧道兩側(cè)單元取至隧道外輪廓30 m，如圖1。巖土體采用摩爾庫倫本構(gòu)模型，支護(hù)結(jié)構(gòu)考慮材料的彈性模量和泊松比，噴射混凝土厚度為23 cm、強(qiáng)度為C20。錨桿可將周邊的巖體連接為一個(gè)加固區(qū)，經(jīng)過錨桿等效原則后它能夠提升圍巖的E、c、值。以IV級(jí)圍巖為例，其力學(xué)參數(shù)見表 1。

2.2 開挖方法

建模完成后，先模擬地應(yīng)力的釋放，再進(jìn)行初期支護(hù)，最后模擬懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖?；谫F陽軌道交通3號(hào)線實(shí)際的工程地質(zhì)情況，全斷面法每一次掘進(jìn)2 m，由下至上左右循環(huán)依次開挖。二臺(tái)階法采用超前開挖，上臺(tái)階超前2 m。

隧道總掘進(jìn)16 m，以2 m長(zhǎng)度為一個(gè)開挖區(qū)間，共設(shè)定8個(gè)特征斷面，依次為C1～C8，每個(gè)特征斷面對(duì)應(yīng)的初期支護(hù)依次分為T1～T8。對(duì)于C3斷面，在拱頂設(shè)置8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，拱腰附近設(shè)置12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)圍巖變形。測(cè)點(diǎn)布置說明見圖2。

3 施工工法力學(xué)特性數(shù)值模擬分析

3.1 圍巖變形

以特征斷面C3為例，全斷面法、二臺(tái)階法的拱頂沉降值依次是1.57 mm、1.61 mm。兩種工法各個(gè)部位水平位移比較見表2，圍巖變形趨勢(shì)是拱頂下沉伴隨兩側(cè)拱腰收斂同時(shí)仰拱向上隆起。

3.2 塑性區(qū)

全斷面施工法與二臺(tái)階法施工法引起的塑性區(qū)見圖3～4。圍巖產(chǎn)生的塑性區(qū)主要分布在左右側(cè)，全斷面施工工法塑性區(qū)的塑性應(yīng)變值較大，二臺(tái)階施工工法則較小。

3.3 初期支護(hù)彎矩與軸力

以T3初期支護(hù)為例，在隧道的拱頂、拱肩、拱腰、拱腳和拱底設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各測(cè)點(diǎn)彎矩與軸力值見表3～4。全斷面法各測(cè)點(diǎn)的彎矩值比二臺(tái)階法相對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的彎矩值大;軸力值表現(xiàn)出同樣的規(guī)律，全斷面法各測(cè)點(diǎn)的軸力值較二臺(tái)階法產(chǎn)生的軸力值要大。

4 小結(jié)

本文采用數(shù)值模擬方法分析了貴陽軌道交通區(qū)間隧道施工采用懸臂掘進(jìn)機(jī)時(shí)， 全斷面法與二臺(tái)階法在圍巖變形、塑性區(qū)、初期支護(hù)的彎矩與軸力上的差異，主要結(jié)論如下：

（1）全斷面法施工產(chǎn)生的位移比二臺(tái)階法產(chǎn)生的位移大。兩工法最大收斂均小于0.7%，拱腰收斂符合要求。最大塑性應(yīng)變值全斷面施工工法施工法比二臺(tái)階施工工法要大。

（2）初期支護(hù)產(chǎn)生的軸力，全斷面施工法較大，二臺(tái)階施工法較小。在拱肩部位兩種施工工法都表現(xiàn)為最大正彎矩，在拱腳部位都表現(xiàn)為最大負(fù)彎矩。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紅衛(wèi).貴陽喀斯特地貌山地城市軌道交通修建技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐.北京：人民交通出版社股份有限公司，2019.

[2]王均.貴陽地鐵懸臂掘進(jìn)機(jī)隧道開挖對(duì)圍巖變形及控制探討[J].公路隧道，2017（4）：15-21.

[3]韓常領(lǐng)，張為民，趙永國(guó).銑挖法在軟巖隧道開挖中的應(yīng)用[J].中外公路，2009，29（4）：377-379.

[4]張博.懸臂式掘進(jìn)機(jī)銑挖法隧道掘進(jìn)工藝及適應(yīng)性研究[D].大連交通大學(xué)，2018.

[5]楊友彬，鄭俊杰，賴漢江.一種改進(jìn)的隧道開挖應(yīng)力釋放率確定方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，34（11）：2251-2257.