趙東峰

摘要：路橋隧道工程中改擴建依然存在很多的不足之處，相關單位和部門要加強對于改擴建的研究，提高防水措施的質量?

關鍵詞：路橋工程；改擴建；隧道研究

1 概述

一般來講，要想將雙向四車道的隧道變成八車道，可以采用下面幾種方式：方案一：在原隧道兩側分別各自創(chuàng)建一個新隧道，由之間的雙洞四車道變成四洞八車道；方案二：將其中一個原隧道一側創(chuàng)建新的能夠雙向容納兩臺車輛的隧道，另外一側變成大斷面隧道，同之前一樣能夠雙向容納四臺車輛，兩者形成新的三洞雙向八車道；方案三：將兩個隧道都變成大斷面隧道，都能夠雙向容納四輛車，進而形成新的雙向八車道。上述幾個方案中，新建隧道原理簡單，工藝簡潔，在實際工程中的應用非常多，相關經驗也較為豐富，例如本公司實施的項目杭金衢高速擴建工程就引用了該原理，為了維持原隧道的結構，在實際的施工過程中，需要針對二襯結構的振速實施實時監(jiān)控，該數值要維持在低于10cm/s的范圍內，以此來維持原隧道在施工過程中的原有結構，防止出現坍塌等現象。但是對原隧道進行大斷面擴建的相關技術就非常少，這種方案在實際工程的例子也不多，據相關文獻可知，日本曾經運用過此方案進行隧道改建，具體項目就是天王山隧道等。由此可見，隧道原位擴建的相關研究甚少，對此進行研究能夠很好的解決當前隧道施工面臨的些許問題，對新課題的研究非常有必要?

2 隧道原位擴建形式

受路線限制等多方因素的影響之下，從擴建前后隧道所處的位置，可以對單洞擴建進行以下的總結，此類工程擴建方式主要分為下面幾種方案：方案一：單側擴建，主要是行用施工方以隧道的一側為基準進行擴建，新建的隧道與原隧道的一側邊界能夠重合；方案二：雙側擴建，主要是形容施工方以隧道的中線為基準進行擴建，新建的隧道與原隧道的中線能夠重合、底邊也能夠重合；方案三：周邊擴建，主要是形容在原隧道周圍同時施工改建，新建的隧道無論是在中線、邊緣還是在底部都不會與原隧道產生重合的現象。

三種方案都能夠達到原位擴建的目標，但是不同方案采取的不同施工方式會對隧道周邊巖石的穩(wěn)定性造成不同的影響，并且相互對比之下，各自有各自的特色，并且也分別具有缺點。本文通過介紹某隧道，應用數值計算的方式，對三種方案實施過程中對周邊巖石穩(wěn)定性造成的不同影響進行了詳細的闡述與研究，從而提出合理的擴建形式?

3 工程概況

工程中的隧道為雙洞四車道，隧道雙洞都處于直線段，雙側隧道的長度都是582米。縱坡-2.0%，隧道進口采取仰斜式門，隧道出口與之相同，隧道內部通風通過機械來實現，隧道內部的給排水設計主要是采用防排結合的模式。該隧道結構遵循新奧法原理?

該隧道并不需要雙洞擴建，只需要擴建其中之一，采用原位擴建之后形成新的四車道大斷面。綜合地勘資料之后，將隧道圍巖的參數列成下列表格：

4 計算方案

4.1 計算軟件

本次設計采用的計算軟件為MIDAS，該軟件在隧道工程領域的應用非常廣泛，能夠提供近幾年該領域的相關技術，以及具體程序，能夠自主進行結構應力計算、隧道滲流計算等等，除去這些基本的功能，該軟件還可以自主完成靜力計算等功能。軟件中設置了Mohr-Coulmb等模型結構，在實際的模擬計算過程中可以選擇符合工程特色的本構模型。該軟件的用戶界面能夠明確列出任務菜單，通過分析復雜的結構組成，進而對其進行直觀地模型構建。而經過該軟件處理之后，該軟件能夠向用戶提供直觀地圖形、表格等輸出數據，還能夠自動形成簡易模式的計算書。該軟件具有多種功能、應用便捷、計算快速，因此在隧道領域的應用非常廣泛，發(fā)展也相對迅速。

4.2 計算方案

通過對某隧道的擴建方案模擬來分析不同方案下IV級和V級圍巖表現出來的特性，模擬方案選取三種：即單側擴建方案?兩側擴建方案以及周圍擴建方案，而選取的圍巖特性包括結構應力受力情況、結構屈服現狀等，經過方案對比之后，選擇合適的方案?

4.3 計算模型

對某隧道采用單側擴建方案?兩側擴建方案以及周圍擴建方案三種方案的有限元網格劃分，運用平面應變單元計算手段。

4.4 計算過程控制

運用軟件創(chuàng)建隧道改建模型，并根據施工的不同階段進行不同的計算。主要計算如下：擴建形式一：施工步1：初始應力狀態(tài)模擬；施工步2：左側導洞投入施工；施工步3：為左側導坑創(chuàng)建支護，并著手右側上臺階的相關施工；施工步4：為右側導坑創(chuàng)建支護，并著手右側下臺階的相關施工；施工步5：二次襯砌?擴建形式二?三：施工步1：初始應力狀態(tài)模擬；施工步2：著手右側導洞上臺階的施工、構建支護，并且將上臺階的原洞二村移除，施工步3：著手右側導洞下臺階的施工、構建支護，并且將下臺階的原洞二村移除，施工步4：著手左側導洞上臺階的施工、構建支護，并且將上臺階的原洞二村移除，施工步5：著手左側導洞下臺階的施工、構建支護，并且將下臺階的原洞二村移除，施工步6：隧道二次襯砌?

5 計算結果及分析

5.1 位移分析

5.4.1 V 級圍巖

完成開挖工作之后，對三種方案下V級圍巖的位移進行分析。繪制不同方案對應的位移豎向變化曲線。

通過計算可以發(fā)現，三種方案開挖施工后，分別產生最大拱頂下沉位移為8毫米、5毫米、以及 5毫米，最大水平位移為 5毫米、3毫米以及 3毫米。其中，單側擴建施工方案產生的位移最大，分布范圍也最集中。由此可見，不同方案施工下，V 級圍巖的穩(wěn)定性基本不變?

5.4.2 IV 級圍巖

完成開挖工作之后，對三種方案下IV級圍巖的位移進行分析。通過計算可以發(fā)現，三種方案開挖施工后，分別產生最大拱頂下沉位移為7毫米、6毫米以及 6毫米，最大水平位移為 2毫米、2毫米以及2毫米。其中，單側擴建施工方案產生的位移最大，分布范圍也最集中。由此可見，不同方案施工下，IV級圍巖的穩(wěn)定性也基本不變?

5.2 應力分析

5.2.1 V 級圍巖

完成開挖工作之后，對三種方案下V級圍巖的應力進行分析?

通過計算可以發(fā)現，三種方案開挖施工后，分別產生最大主應力（σ1 ）為 ：-0.954～ 0.098MPa?-1.016～ 0.087MPa 和-0.575～ 0.118MPa； 最小主應力（σ3）分別為：-2.639～ -0.075MPa? -2.251～ -0.175MPa 和-1.970～ -0.147MPa；圍巖最大 壓剪應力（Sxy）分別為：-0.481～ 0.475MPa?-0.776～ 0.516MPa 和-0.779～ 0.331MPa?可見，綜合圍巖的受拉影響，單側施工要高于雙側施工，而周邊施工又好于單側施工，綜合對比發(fā)現，周邊施工的受拉影響更加大，且施工復雜?因此， 方案一優(yōu)于其它兩個方案?

5.2.2 IV 級圍巖

通過計算可以發(fā)現，三種方案開挖施工后，分別產生最大主應力（σ1 ）為：-1.166～ 0.305MPa?-1.372～ 0.408MPa 和-1.383～ 0.212MPa；最小主應力（σ3）分別為：-6.769～ -0.508MPa ? -6.225～ -0.518MPa 和 -6.214～ -0.517MPa；圍巖最大剪應力（Sxy）分別為：-2.168～ 2.408MPa?-2.570～ 1.522MPa 和-2.549～ 1.494MPa? 可見，綜合圍巖的受拉影響，單側施工要高于雙側施工，而周邊施工又好于單側施工，Sxy 顯示單側施工效果最不好，但是該方案的受拉影響更小，且程序簡單。由此可見，該方案更具優(yōu)化性。

6 結論

由于國內經濟迅速繁榮，交通運輸行業(yè)也異常興盛，隧道建設的需求日益增加，數量也逐年上漲。由于城市發(fā)展程度存在差異，當前的雙向四車道已經無法滿足發(fā)達城市的需求，只有擴建隧道，提供更多的車道才能夠符合當前的交通需求，因此對此課題進行研究非常有必要。

參考文獻

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[3]張安琪. 隧道下穿既有地鐵結構受力特征及變形規(guī)律分析[D]. 2016.

（作者單位：中交三公局第一工程有限公司）