王永東， 柏文軍， 陳媛媛， 劉洋， 萬(wàn)善通

(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院， 西安 710064)

中國(guó)地形復(fù)雜，在特殊地形或地質(zhì)條件下修建隧道時(shí)，由于道路線形、路線銜接等因素的限制，傳統(tǒng)的小凈距或者分離式隧道往往很難滿足要求。而連拱隧道具有線性流暢、空間利用率高、占地面積小以及線路銜接方便等優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)雜地形條件下有明顯的優(yōu)勢(shì)[1-3]。目前關(guān)于三導(dǎo)洞法和中導(dǎo)洞法的研究較多，而無(wú)中導(dǎo)洞作為連拱隧道施工中最特殊的方法，可以加快施工進(jìn)度、降低施工成本并有效預(yù)防中隔墻滲漏水現(xiàn)象。中國(guó)對(duì)無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道的研究起步較晚但發(fā)展較快，近十幾年國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域展開(kāi)了廣泛的研究。2006年，賴金星等[4]針對(duì)導(dǎo)洞工法施工工序多、進(jìn)度慢、臨時(shí)支護(hù)成本高的問(wèn)題，提出使用無(wú)中導(dǎo)洞開(kāi)挖工法，并利用2D-σ軟件對(duì)其施工過(guò)程進(jìn)行了模擬分析，證明在Ⅲ級(jí)圍巖中采用無(wú)中導(dǎo)洞法是可行的，為無(wú)中導(dǎo)洞法的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。舒磊[5]基于宜萬(wàn)鐵路白云山燕尾段鐵路連拱隧道的成功經(jīng)驗(yàn)，深入分析了無(wú)中導(dǎo)洞法的關(guān)鍵施工技術(shù)促進(jìn)了無(wú)中導(dǎo)洞工法的發(fā)展。王亞瓊等[6]結(jié)合已有連拱隧道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大跨無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道的設(shè)計(jì)方法和施工工藝進(jìn)行分析，并利用Ansys對(duì)深埋Ⅳ級(jí)圍巖無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道的施工方案進(jìn)行了研究，為無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道的設(shè)計(jì)與施工提供了極大的借鑒與研究?jī)r(jià)值。李龍喜等[7]對(duì)比論述了改進(jìn)三臺(tái)階法和上臺(tái)階中隔墻(center diaphragm,CD)法的施工工序、步距控制等關(guān)鍵技術(shù)，認(rèn)為改進(jìn)三臺(tái)階法更適用于無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道先后行洞之間的搭接問(wèn)題。謝春華[8]、談識(shí)等[9]通過(guò)對(duì)無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道施工過(guò)程中圍巖的壓力演變特征進(jìn)行研究，提出在加強(qiáng)區(qū)底部搭設(shè)鎖腳錨桿來(lái)維持混凝土的穩(wěn)定。楊學(xué)奇[10]通過(guò)對(duì)連拱隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，提出以左右幅隧道共用一段加強(qiáng)支護(hù)來(lái)代替中隔墻的新型支護(hù)形式，并利用數(shù)值模擬對(duì)該支護(hù)形式的實(shí)用性進(jìn)行了驗(yàn)證。王建宏等[11]通過(guò)對(duì)中古那灣1號(hào)無(wú)中墻連拱隧道襯砌開(kāi)裂的原因進(jìn)行研究，認(rèn)為連拱隧道先后行洞可以考慮初支獨(dú)立閉合成環(huán)來(lái)增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體承載能力。曾維成等[12]通過(guò)對(duì)武易高速白龍坡隧道的圍巖位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)無(wú)中導(dǎo)洞法對(duì)洞口段圍巖控制能力弱，后行洞的偏壓效應(yīng)會(huì)比較明顯。賈英凱等[13]利用數(shù)值模擬研究了偏壓地形下無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道的進(jìn)洞順序，發(fā)現(xiàn)淺埋側(cè)先進(jìn)洞更有利于圍巖穩(wěn)定。

以上學(xué)者的研究針對(duì)無(wú)中導(dǎo)洞法連拱隧道設(shè)計(jì)與施工方面做了相關(guān)的研究，促進(jìn)了無(wú)中導(dǎo)洞法的發(fā)展，但目前對(duì)于無(wú)中導(dǎo)洞法先后行洞相互影響的研究較少?，F(xiàn)采用數(shù)值分析軟件Midas對(duì)連拱隧道無(wú)中導(dǎo)洞法開(kāi)挖的空間效應(yīng)的影響進(jìn)行研究，給出適用于無(wú)中導(dǎo)洞工法連拱隧道安全施工的動(dòng)態(tài)預(yù)警值，并在分析不同間距下先后行洞相接施工的影響程度的基礎(chǔ)上得到適用于無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道的最佳縱向間距。

1 工程概況

陳家灘隧道位于鎮(zhèn)巴縣涇洋鎮(zhèn)，穿越山脊，隧道頂部最大埋深114.0 m，設(shè)計(jì)為雙線四車道隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h，左線全長(zhǎng)212.5 m，右線全長(zhǎng)215.5 m，為無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道，先后行洞均采用三臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖，施工過(guò)程中先后行洞縱向間距取40 m。陳家灘隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。陳家灘隧道后行洞左側(cè)圍巖寬度在出入口處分布不一致，暗挖出口段寬度較大，入口段較小，中間過(guò)渡段相對(duì)平和。中間段左側(cè)圍巖的平均寬度約為70.1 m，上覆巖層的平均厚度約為43.2 m。先行洞采用五心圓結(jié)構(gòu)，后行洞采用四心圓結(jié)構(gòu)，其斷面形式及中隔墻形式見(jiàn)圖1、圖2隧道輪廓是三心圓結(jié)構(gòu)，r1、r2、r3分別為3個(gè)內(nèi)圓的半徑，R1為外圓的半徑。由于中隔墻的修建，因此右洞左半部分需要擴(kuò)挖，R5與R6為擴(kuò)挖部分處半徑。

表1 支護(hù)參數(shù)表Table 1 Support parameters

圖1 陳家灘隧道斷面圖Fig.1 Chenjiatan tunnel section

圖2 中隔墻尺寸圖Fig.2 Size chart of middle partition wall

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

2.1 基本假定

由于數(shù)值模擬并不能完全還原隧道的實(shí)際工況，且陳家灘連拱隧道的地形地貌條件相對(duì)復(fù)雜，需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。其假定如下。

(1) 認(rèn)為圍巖是均質(zhì)、連續(xù)各向同性材料，滿足摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則。

(2) 圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)只考慮自重應(yīng)力場(chǎng)。

(3) 將初期支護(hù)與二次襯砌視為線彈性材料，不單獨(dú)考慮噴混與鋼拱架、鋼筋與混凝土、錨桿與圍巖之間的相互作用。

(4) 由于無(wú)中導(dǎo)洞法施工工序的特殊性，先行洞二次襯砌結(jié)構(gòu)需要承擔(dān)一定的圍巖壓力，從偏于安全的角度考慮，假定開(kāi)挖瞬間圍巖壓力釋放40%，初支后釋放40%，二襯后全部釋放。

2.2 計(jì)算模型

計(jì)算邊界：以開(kāi)挖面為準(zhǔn)，上邊界按隧址區(qū)實(shí)際條件取值，下邊界取45 m，左右邊取70.1 m，縱向開(kāi)挖長(zhǎng)度取60 m。模型上表面設(shè)置為自由邊界， 四周設(shè)置法向位移約束，模型底部設(shè)置為固定邊界。見(jiàn)圖 3。

施工工序模擬：根據(jù)陳家灘隧道的施工方式，本次先后行洞施工過(guò)程中單次開(kāi)挖進(jìn)深為2.5 m，初期支護(hù)隨開(kāi)挖掌子面一起向前推進(jìn)。先行洞開(kāi)挖6.0 m后開(kāi)始施作中隔墻和仰拱隨后施作二襯，二襯單次進(jìn)尺6.0 m，循環(huán)開(kāi)挖直至先行洞施工完成后再進(jìn)行后行洞開(kāi)挖，后行洞開(kāi)挖進(jìn)尺參照先行洞。

模擬單元：計(jì)算過(guò)程中圍巖和中墻用實(shí)體單元模擬，噴混與二襯用板單元模擬，鋼拱架彈性模量等效到混凝土中。

網(wǎng)格參數(shù)：網(wǎng)格劃分采用自適應(yīng)10節(jié)點(diǎn)四面體單元，由于模型較大，為了便于計(jì)算，外部圍巖區(qū)域網(wǎng)格尺寸為0.7 m，隧道襯砌及接觸巖體區(qū)域網(wǎng)格加密，網(wǎng)格尺寸為0.5 m。

計(jì)算參數(shù)：結(jié)合隧道現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和規(guī)范相關(guān)要求，圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)按表2、表3進(jìn)行取值。

圖3 隧道計(jì)算模型Fig.3 Tunnel calculation model

表3 支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)Table 3 Supporting structure parameters

2.3 施工方案及工況設(shè)置

圖4中數(shù)字1～40表示施工工序(計(jì)算荷載步)，紅色線條部分為開(kāi)挖過(guò)程中選擇的控制截面(距離初始開(kāi)挖掌子面的距離為25 m)，陰影部分表示未開(kāi)挖圍巖(圍巖開(kāi)挖長(zhǎng)度為50 m，未開(kāi)挖長(zhǎng)度為10 m)。

以先行洞開(kāi)挖至50 m位置作為初始狀態(tài)，選取掌子面縱向開(kāi)挖間距50、45、40、35、30、25、20、15、10、5、0 m共11種工況進(jìn)行分析，各工況對(duì)應(yīng)的具體開(kāi)挖情況如表4所示。

圖4 開(kāi)挖方案及施工工序圖Fig.4 Excavation scheme and construction procedure diagram

表4 工況設(shè)定Table 4 Condition setting

3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

3.1 先后行洞掌子面施工活動(dòng)影響范圍

隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，擾動(dòng)圍巖中的重分布應(yīng)力最終會(huì)以位移的形式釋放出來(lái)，且兩者變化程度相對(duì)一致，故用位移釋放系數(shù)來(lái)替代施工過(guò)程中的圍巖應(yīng)力釋放率[14]，計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：ut為某施工階段監(jiān)測(cè)斷面圍巖在某方向上產(chǎn)生的位移值；u∞為圍巖在該方向趨近于穩(wěn)定時(shí)產(chǎn)生的位移值。ξ變化越劇烈說(shuō)明圍巖應(yīng)力釋放越快，圍巖塑性區(qū)范圍越小，隧道開(kāi)挖空間效應(yīng)的影響范圍越??；ξ越接近于1，應(yīng)力釋放程度越大，圍巖越趨于穩(wěn)定。

以距離初始開(kāi)挖掌子面25 m的控制截面為例，當(dāng)先行洞開(kāi)挖至距控制截面不同縱向間距時(shí)控制截面圍巖變形變化情況如圖5、圖6所示，其中負(fù)數(shù)表示圍巖尚未開(kāi)挖，正數(shù)表示圍巖已被開(kāi)挖。

3.1.1 先行洞影響范圍

從圖5、圖6可知，豎直方向上仰拱處圍巖的隆起量要大于拱頂處圍巖的沉降量；水平方向上右拱腰水平位移大于左拱腰。隨著隧道開(kāi)挖進(jìn)深的不斷增加，控制截面拱頂、拱腰及仰拱處的圍巖位移均逐漸增大，當(dāng)開(kāi)挖掌子面位于控制截面前方10 m(未開(kāi)挖)和后方10 m(已開(kāi)挖)范圍內(nèi)圍巖位移變化最為劇烈。以先行洞開(kāi)挖至50 m時(shí)的位移量作為圍巖趨近穩(wěn)定時(shí)的最終位移量，提取不同掌子面間距下控制截面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)圍巖位移并計(jì)算圍巖位移釋放系數(shù)如表5所示?？梢钥闯?，在先行洞開(kāi)挖過(guò)程中，施工活動(dòng)越接近控制截面對(duì)控制截面的影響程度就越大。在距離控制截面-25～-15 m范圍內(nèi)進(jìn)行施工時(shí)對(duì)控制截面的影響較小，當(dāng)開(kāi)挖掌子面與控制截面的距離小于10 m時(shí)，對(duì)控制截面圍巖的影響顯著增強(qiáng)，尤其是當(dāng)掌子面開(kāi)挖至控制截面5 m范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)圍巖的影響最大。以仰拱為例，該階段位移釋放增量達(dá)到了40.263%，當(dāng)該階段施工完成后，拱頂、左拱腰、仰拱的圍巖位移釋放率分別達(dá)到了93.875%、97.679%、96.755%。在開(kāi)挖掌子面位于控制截面后20 m時(shí)圍巖位移的釋放過(guò)程基本完成，施工活動(dòng)對(duì)控制截面的影響幾乎可以忽略不計(jì)。由此可見(jiàn)，無(wú)中導(dǎo)洞法先行洞施工過(guò)程中受掌子面開(kāi)挖活動(dòng)影響較大的范圍主要集中在開(kāi)挖掌子面前后10 m的范圍內(nèi)，基于施工安全管理的變位分配思想[15]，可設(shè)置動(dòng)態(tài)預(yù)警值將規(guī)范或經(jīng)驗(yàn)提供的變形控制值分配到對(duì)應(yīng)施工步來(lái)提高施工安全度，結(jié)合表 5中的計(jì)算數(shù)據(jù)，從偏于安全的角度考慮，以施工至控制截面后5、10、15 m 時(shí)頂部圍巖位移控制值的85%、90%、95%進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)警。

圖5 先行控制截面仰拱及拱頂位移變化曲線Fig.5 Displacement curves of inverted arch and vault of control section of advance tunnel

圖6 先行控制截面左右拱腰位移變化曲線Fig.6 Displacement curve of left and right arch waist of control section of advance tunnel

3.1.2 先后行洞影響程度

從圖7、圖8可以看出，隨著開(kāi)挖活動(dòng)的不斷進(jìn)行，仰拱及頂部圍巖的位移量不斷增大。從圍巖變形量的突變情況看，無(wú)論是先行洞施工還是后行洞施工階段，控制截面前后10 m范圍內(nèi)進(jìn)行施工時(shí)圍巖活動(dòng)會(huì)比較劇烈。以后行洞開(kāi)挖到50 m時(shí)的圍巖變形量作為最終穩(wěn)定結(jié)果，先行洞開(kāi)挖完成時(shí)后行洞拱頂、仰拱圍巖位移釋放程度分別為8.79%、5.28%，此時(shí)先行洞拱頂圍巖位移釋放程度為85.85%；當(dāng)后行洞開(kāi)挖至控制截面(先后行洞掌子面縱向間距為25 m)時(shí)，先行洞拱頂、仰拱圍巖位移釋放程度分別為96.75%、99.58%，先行洞控制截面圍巖位移基本完成，此時(shí)后行洞拱頂、仰拱圍巖位移釋放程度為64.58%、52.45%，位移釋放程度達(dá)到一半以上。由此可見(jiàn)，施工活動(dòng)對(duì)先后行洞圍巖穩(wěn)定性的影響是相互的，相比之下先行洞施工對(duì)后行洞的影響要大于后行洞施工對(duì)先行洞的影響，這是由于后行洞開(kāi)挖過(guò)程中，先行洞支護(hù)體系已經(jīng)封閉成環(huán)并施作了二襯，圍巖-支護(hù)體系相對(duì)完整，因此圍巖的整體穩(wěn)定性較好。

圖7 相接施工控制截面拱頂沉降變化曲線Fig.7 The settlement curve of the vault of the connected construction control section

圖8 相接施工控制截面仰拱隆起變化曲線Fig.8 The variation curve of inverted arch uplift of connected construction control section

表5 不同掌子面間距下控制截面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)圍巖位移及圍巖位移釋放系數(shù)表Table 5 Surrounding rock displacement and surrounding rock displacement release coefficient of monitoring points in control section under different intervals of face

3.2 開(kāi)挖斷面圍巖變形

取Y=0斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不同掌子面間距下先后行洞拱頂及仰拱的豎向位移變化曲線如圖 9所示，圖 9(a)中-0.894 mm和0.937 mm是受先行洞開(kāi)挖活動(dòng)影響造成的后行洞圍巖先期沉降量，圖9(b)是在先期位移的基礎(chǔ)上考慮不同開(kāi)挖間距造成的先行洞圍巖變形量。

從圖9可知，隨著掌子面縱向間距的減小，圍巖位移量逐漸增加。從位移增量上來(lái)看，在支護(hù)體系的支撐作用下，先行洞圍巖位移量雖有增加但遠(yuǎn)小于后行洞，說(shuō)明隧道開(kāi)挖過(guò)程中后行洞受縱向間距的影響較大。從后行洞圍巖位移的變化情況來(lái)看，當(dāng)掌子面縱向間距大于30 m時(shí)，圍巖位移值較小但變化較大；當(dāng)縱向間距為20～30 m時(shí)，仰拱圍巖隆起量幾乎保持不變，拱頂沉降量雖略有增加，但增加幅度很??；當(dāng)縱向間距小于20 m后，兩處圍巖位移量雖然較大，但都處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此掌子面縱向間距應(yīng)選擇在30 m范圍內(nèi)。

圖9 Y=0斷面先后行洞仰拱及拱頂位移變化曲線Fig.9 Curves of displacement variation of inverted arch and vault of successive tunnel on section Y=0

隨著開(kāi)挖掌子面縱向間距的增大，圍巖的位移量會(huì)逐漸減小，考慮到工況1后行洞尚未開(kāi)挖，以工況2圍巖變形值為監(jiān)測(cè)指標(biāo)，影響程度S可按式(2)進(jìn)行計(jì)算，即

(2)

式(2)中：S為施工影響程度分界值，當(dāng)S≥10%時(shí)認(rèn)為該工況下相接施工有影響，當(dāng)S≤10%時(shí)則認(rèn)為相接施工影響較小或者無(wú)影響；Si為不同工況下監(jiān)測(cè)指標(biāo)最大值；S45為工況2監(jiān)測(cè)指標(biāo)最大值。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，不同工況下隧道開(kāi)挖活動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響程度如表6所示。

從表 6來(lái)看，隨著先后行洞開(kāi)挖掌子面縱向間距的增加，連拱隧道相接施工的影響程度總體上是逐漸減小的。從影響程度S上來(lái)看，相接施工對(duì)拱頂?shù)挠绊懸笥谘龉埃瑢?duì)后行洞圍巖的影響要大于先行洞(此時(shí)先行洞以完成支護(hù))；從對(duì)后行洞的影響程度來(lái)看，在掌子面縱向間距大于20 m時(shí)，影響程度值有明顯的降低，但此時(shí)影響程度總體上還是偏高；當(dāng)縱向間距大于35 m時(shí)，S開(kāi)始接近10%；當(dāng)縱向間距大于40 m時(shí)，S小于10%，可認(rèn)為相接施工活動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定沒(méi)有影響。因此，從工期的角度考慮，在工期比較緊張的情況下掌子面縱向間距可以選擇為20 m，當(dāng)工期較為寬裕的時(shí)候可以選擇掌子面縱向間距為30～40 m。

3.3 中隔墻傾覆

施工過(guò)程中，由于不對(duì)稱開(kāi)挖，會(huì)導(dǎo)致連拱隧道中隔墻受到偏壓作用，并且隨著縱向間距的變大，這種不對(duì)稱作用會(huì)更加明顯，因此需要對(duì)施工過(guò)程中中隔墻的傾覆進(jìn)行研究，定義中隔墻傾斜度ψ計(jì)算公式[16]為

表6 掌子面縱向間距影響程度表Table 6 Table of influence of longitudinal spacing of palm surface

(3)

式(3)中：H為中隔墻高度，取H為4.25 m；xu、xd分別為中隔墻頂中點(diǎn)和中隔墻底中點(diǎn)的水平位移，mm。

3.3.1 中隔墻傾斜角變化

取Y=0斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，隧道施工過(guò)程中中隔墻傾斜度ψ的變化情況如圖 10所示。

由圖 10可以看出，受圍巖卸載效應(yīng)影響，先行洞開(kāi)挖過(guò)程中墻身會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針偏向先行洞方向的傾斜，并且隨著開(kāi)挖進(jìn)深的不斷增加，圍巖卸載效應(yīng)逐漸增大，中隔墻傾斜程度也在增加。在先行洞開(kāi)挖完成后，中隔墻的傾斜程度達(dá)到最大，此時(shí)的傾斜角約為3.28×10-4；后行洞開(kāi)挖會(huì)使中隔墻左右兩側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)受對(duì)稱卸載效應(yīng)，中隔墻受力開(kāi)始平衡，墻身傾斜程度逐漸減??；當(dāng)后行洞開(kāi)挖至先行洞掌子面位置時(shí)，中隔墻的傾斜程度最小，雖然仍殘留有一定的傾斜度(1.69×10-4)，但相比于初始狀態(tài)(傾斜度為1.89×10-4)，此時(shí)中隔墻的傾斜程度已有所緩解。

圖10 中隔墻傾斜度變化曲線Fig.10 The variation curve of inclination of partition wall

3.3.2 不同縱向間距下中隔墻傾斜程度

后行洞開(kāi)挖后，在先后行洞圍巖荷載的共同作用下，中隔墻偏壓效應(yīng)減弱傾覆程度減輕；而隨著開(kāi)挖面間距的減小，中隔墻受對(duì)稱荷載的作用范圍逐漸增加，墻身整體傾斜現(xiàn)象逐步得到緩解。各工況下中墻縱向各截面傾斜度的變化情況如圖11所示。

從不同工況的墻身傾斜程度來(lái)看：在后行洞開(kāi)挖過(guò)程中，隨著掌子面縱向間距的減小，中隔墻縱向各截面的墻身傾斜程度是不斷降低的；在縱向間距大于30 m時(shí)，傾斜角隨縱向間距的降低速率大；在掌子面間距小于30 m時(shí)，傾斜角隨縱向間距的降低速率小。從隧道進(jìn)深方向來(lái)看：在進(jìn)深15 m范圍內(nèi)中隔墻墻體傾斜角存在突降的現(xiàn)象，這是因?yàn)槿肟?出口)段中隔墻缺少縱向方向約束，墻體的整體性較弱，隨著開(kāi)挖深度的增加，墻體縱向約束作用增強(qiáng)，在左右洞支護(hù)結(jié)構(gòu)作用下，傾斜程度減弱；隨著進(jìn)深繼續(xù)增加，在進(jìn)深大于15 m后，遠(yuǎn)離開(kāi)挖面的(尤其是后行洞已開(kāi)挖部分)中隔墻傾斜程度小，接近開(kāi)挖面的中隔墻傾斜程度大，且隨著縱向間距的減小，開(kāi)挖面附近中隔墻傾斜程度會(huì)逐漸減小并接近遠(yuǎn)離開(kāi)挖面的中隔墻傾斜度。上述分析可以發(fā)現(xiàn)，在不同掌子面縱向間距下，隧道進(jìn)深15～50 m范圍內(nèi)中隔墻各截面傾斜角差值是不同的，提取不同掌子面縱向間距下各截面中隔墻傾斜角如表 7所示。

圖11 各截面中隔墻傾斜角隨掌子面間距變化曲線Fig.11 The variation curve of the inclination angle of the partition wall of each section with the spacing of the tunnel face

表7 不同工況下中隔墻各截面傾斜角Table 7 Inclination angle of each section of middle partition wall under different working conditions

從表7來(lái)看，傾斜角極差值出現(xiàn)在工況7，當(dāng)縱向間距大于30 m后雖然中隔墻傾斜程度大，但傾斜角差值小，對(duì)于中隔墻整體受力是較為有利的。因此先后行洞開(kāi)挖掌子面縱向間距可控制在30 m左右。

4 結(jié)論與建議

基于陳家灘隧道現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，采用了數(shù)值模擬的方法，對(duì)無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道先后行洞相接施工的縱向影響分區(qū)和掌子面縱向間距展開(kāi)研究，主要結(jié)論與建議如下。

(1)從位移釋放的程度來(lái)看，無(wú)中導(dǎo)洞法單洞開(kāi)挖過(guò)程中，以掌子面為基準(zhǔn)、沿著隧道開(kāi)挖方向，掌子面前后5 m內(nèi)為強(qiáng)影響區(qū)，5～10 m內(nèi)為中影響區(qū)，10～25 m內(nèi)為弱影響區(qū)，大于25 m后可認(rèn)為是無(wú)影響區(qū)。

(2)不同工況下，隨著掌子面縱向間距的減小，開(kāi)挖面上圍巖位移量逐漸增加，先后行洞拱頂較大豎向位移的分布范圍會(huì)隨縱向間距的減小逐漸擴(kuò)展并沿開(kāi)挖中線形成交匯區(qū)。當(dāng)掌子面縱向間距大于30 m后，縱向間距對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響程度值小于20%且隨著間距的增大持續(xù)減小，在間距大于40 m后影響程度可忽略不計(jì)。

(3)沿隧道開(kāi)挖方向，中隔墻在入口段的傾斜程度大于中間段并且隨著縱向間距的減小，傾斜程度逐漸減弱；在縱向間距為30 m時(shí)，中隔墻各截面傾斜角和傾斜角極差值較小，對(duì)中隔墻受力最為有利。

(4)在保證安全施工的前提下，綜合考慮先行洞變形、先后行洞的影響以及中隔墻傾覆三種工況下，先后行洞開(kāi)挖掌子面縱向開(kāi)挖間距宜控制在30～40 m。下一步需結(jié)合監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析。