牛澤林，劉朝鵬，鄭 蕾，吳輝輝，胡文樂，臧鵬飛，劉 華

(1.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,陜西 西安 710055； 2.陜西省巖土與地下空間工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710055; 3.中鐵北京工程局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西 西安 710100)

隨著我國(guó)“八縱八橫”戰(zhàn)略的規(guī)劃及東部經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，中西部公路、鐵路建設(shè)正在不斷的布局和實(shí)施.然而，由于中西部地區(qū)多以高山、丘陵地帶為主，因此此類工程的建設(shè)極有可能遇到大、長(zhǎng)隧道.但以往的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明，中西部地區(qū)的公路、鐵路隧道所涉及的工程地質(zhì)條件極差[1-2]，圍巖等級(jí)以Ⅴ級(jí)為主，局部區(qū)段為Ⅵ級(jí)，地層呈現(xiàn)“復(fù)雜多變、強(qiáng)度低、自承能力差、富水性強(qiáng)”等軟弱與極軟弱圍巖特征[3-4]，加之隧道斷面大，故而易出現(xiàn)變形量大及變形迅速等特點(diǎn)，若在施工期間控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)而產(chǎn)生變形過大、巖爆、冒頂、坍塌等災(zāi)害[5]，不僅嚴(yán)重制約了公路、鐵路隧道工程的施工效率和質(zhì)量，也嚴(yán)重影響著人民生命財(cái)產(chǎn)安全.因此研究板巖隧道圍巖的開挖及支護(hù)技術(shù)，對(duì)類似隧道工程的開挖支護(hù)有著重要的工程意義[6].

板巖作為地下工程中經(jīng)常接觸的巖體之一，近年來穿越板巖的隧道在我國(guó)高速公路、鐵路和地下工程中大量涌現(xiàn)，因板巖地處復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，常常被工程界定義為軟弱圍巖，也是工程師亟需解決的工程問題之一[7].軟弱隧道圍巖穩(wěn)定性歷來備受關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在穩(wěn)定性分析方法、復(fù)雜條件下洞室圍巖穩(wěn)定性分析方面開展了廣泛研究[8].Passaris等[9]利用數(shù)值分析理論對(duì)層狀巖體中巷道頂板的穩(wěn)定性進(jìn)行研究；Tonon等[10]基于邊界元法研究了彈性各向異性對(duì)隧道斷面收斂的影響，并對(duì)隧道圍巖變形收斂公式進(jìn)行了討論；張農(nóng)等[11]對(duì)深井三軟煤巷道巖層賦存特征及圍巖劣化的影響因素進(jìn)行了分析，研究得出了錨桿支護(hù)技術(shù)和幫頂錨固技術(shù)的合理性；安紅剛等[12]提出了進(jìn)化有限元方法并對(duì)不同的工程軟巖置換方案進(jìn)行了應(yīng)力分析，確定出破損區(qū)體積最小的軟巖置換最優(yōu)方案；肖明等[13-14]通過三維非線性有限元分析與論證，為復(fù)雜巖體洞室圍巖穩(wěn)定計(jì)算分析提供了有效依據(jù).然而鑒于隧道工程特點(diǎn)和地質(zhì)條件的復(fù)雜多變性，大斷面板巖隧道的建設(shè)在力學(xué)特性、斷面形式、襯砌結(jié)構(gòu)及施工工法等方面提出了新的要求.

1 工程概況簡(jiǎn)介

2 計(jì)算模型的建立

2.1 模型建立及參數(shù)選取

地應(yīng)力極大地影響著隧道圍巖變形，在隧道的設(shè)計(jì)和施工中，必須積累監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性分析，掌握其最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的大小和方位，特別要重視主應(yīng)力方向與隧道軸線和節(jié)理裂隙之間的夾角：各隧道進(jìn)口段斜坡坡度20～30°，基本無偏壓現(xiàn)象，開挖時(shí)邊、仰坡坡率采用1∶0.75～1∶1；出口段斜坡坡度30～35°，有一定偏壓現(xiàn)象，洞口開挖時(shí)邊、仰坡坡率采用1∶0.75～1∶1.根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，只有在隧道3～5D洞徑范圍內(nèi)的圍巖才會(huì)受到隧道開挖的影響，為了降低模型邊界約束對(duì)模型計(jì)算的影響，模型的隧道中心線到左右邊界是 5D的距離，隧道底部距模型下邊界為隧道高度距離的3倍，由于隧道模型的上邊界設(shè)置為山體自由面，且模擬開挖過程的隧道埋深為55～70m左右，故這樣隧道上覆巖層的作用僅有巖體自重應(yīng)力場(chǎng)，模型分析時(shí)添加自重荷載即可.

隧道的開挖斷面為三心圓+仰拱，其輪廓圖和尺寸大小如圖1和表1所示.模型的跨度為 100 m，最大高度為 115 m，上邊界為山體綿延自由面，隧道的長(zhǎng)度取120 m，采用上下兩臺(tái)階法施工，每次開挖進(jìn)尺 2 m，選取混合網(wǎng)格單元?jiǎng)澐帜Ｐ途W(wǎng)格，模型共劃分為 29 392 個(gè)節(jié)點(diǎn)和 28 120 個(gè)單元.隧道圍巖、隧道開挖的錨桿支護(hù)、噴混和二次襯砌分別采用3D實(shí)體單元、植入式桁架單元和板單元進(jìn)行模擬.GTS-NX 分析時(shí)是通過“鈍化”和“激活”相應(yīng)單元的功能模擬隧道開挖與支護(hù)，把隧道圍巖設(shè)置為均質(zhì)彈塑性材料，其開挖變形服從Mohr-Coulomb準(zhǔn)則.模型的上部為無約束的自由面，側(cè)面及底部采用邊界位移自動(dòng)約束.圍巖計(jì)算模型和隧道錨桿襯砌如圖3和圖4所示.

圖1 隧道斷面示意圖Fig.1 Tunnel section

表1 隧道斷面尺寸(三心圓+仰拱)

其中，R1為隧道拱部半圓的半徑；R2為隧道邊墻大圓弧的半徑；R3為隧道仰拱與側(cè)墻間小圓弧的半徑；R4為隧道仰拱的半徑.

圖2 圍巖計(jì)算模型Fig.2 Caleulation model for the surrounding rock

圖3 隧道錨桿初襯Fig.3 Particle analysis curve of loess

2.2 模型計(jì)算參數(shù)

表2 圍巖及支護(hù)材料計(jì)算參數(shù)

2.3 模型分析方案

工程上根據(jù)不同的地質(zhì)地貌、圍巖級(jí)別大小及地下水發(fā)育情況選擇不同的隧道施工方法，為了對(duì)比不同的隧道洞室開挖方法對(duì)圍巖受力及變形的影響，分別建立兩臺(tái)階法和CD法的隧道開挖模型進(jìn)行研究，從理論上尋找出最佳的隧道開挖方法，同時(shí)僅以主隧道洞室的開挖步距為控制變量，建立開挖步距為1 m、1.5 m和2 m的隧道開挖模型，將三種開挖步距下隧道的施工工況保持一致，對(duì)不同開挖步距對(duì)隧道變形及受力的影響規(guī)律進(jìn)行了研究.

3 不同開挖工法的影響

3.1 兩臺(tái)階法開挖分析

從圖4可以看出，隧道施工前圍巖自身處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，從圖4(a)中知，應(yīng)力最大值為2.100 MPa，最小值為8.863 kPa.圖4(b)為上臺(tái)階開挖應(yīng)力圖，隧道掌子面開挖的向前推進(jìn)，當(dāng)上臺(tái)階開挖完成后，上半斷面核心土的周圍出現(xiàn)應(yīng)力集中，最大主應(yīng)力值為2.130 MPa，圍巖在拱頂及開挖底邊應(yīng)力釋放較多，由于隧道底部沒有做臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，底部的約束比隧道拱頂小，其應(yīng)力釋放也較小，幾乎為零.圖4(c)為下臺(tái)階開挖應(yīng)力圖，隨著隧道的進(jìn)一步開挖，圍巖應(yīng)力發(fā)生一定的釋放，山體等勢(shì)應(yīng)力圖的間距變大，而在隧道開挖的上部圍巖中出現(xiàn)了塑性區(qū)，特別在隧道上方出現(xiàn)了明顯的凹型應(yīng)力云圖.隨著掌子面的繼續(xù)推進(jìn)，隧道上部巖體應(yīng)力釋放的范圍繼續(xù)增大，同時(shí)在隧道拱腳部位的壓力影響范圍也逐漸增大.

由圖4可知，掌子面推進(jìn)過程中，應(yīng)力釋放范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，凹型塑性區(qū)也相應(yīng)擴(kuò)大并最終保持穩(wěn)定，應(yīng)力最大值為3.550 MPa，從圖4(d)的整個(gè)洞室開挖完畢并施作二次襯砌后的應(yīng)力圖，應(yīng)力最大值為3.125 MPa，可見由于二次支護(hù)的支撐作用，加強(qiáng)了隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，抑制了圍巖的變形，應(yīng)力也隨之減小.洞室周邊的應(yīng)力影響范圍為5～20 m，在隧洞跨徑的1.5倍以內(nèi).從模擬過程的云圖中可以看出，整個(gè)計(jì)算區(qū)域隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力均為壓應(yīng)力，并未出現(xiàn)拉應(yīng)力.

圖5為臺(tái)階法拱頂沉降和水平收斂位移模擬變化圖，從圖5中可以看出，隧道開挖支護(hù)后，隧洞周邊的圍巖向開挖洞室方向移動(dòng)，豎直方向的位移在隧道的拱頂最大，水平方向的最大位移發(fā)生在上臺(tái)階的拱腳處，拱頂?shù)淖畲蟪两抵禐?92.50 mm，拱底向上的隆起值為194.83 mm，邊墻的位移基本上沒有變化.豎向位移變化較大的區(qū)域集中在拱頂和拱底處，且隧道起拱線上、下兩側(cè)位移的影響范圍相當(dāng)，拱頂上方16 m，拱底下方15 m，大致為1.5D的范圍.收斂位移為168.10 mm，水平方向位移的影響范圍大致為2D.

圖4 兩臺(tái)階法隧道開挖過程應(yīng)力圖Fig.4 Stress diagram of the two-step tunnel excavation process

圖5(c)和圖5(d)分別為臺(tái)階法開挖拱頂沉降和水平收斂的形變位移及位移變化速率隨模擬開挖步的變化曲線，從曲線圖中能更直觀地看出拱頂沉降和水平收斂位移形變量及位移變化速率與每一個(gè)開挖步的對(duì)應(yīng)關(guān)系.從圖中可以看出，前7個(gè)開挖步的拱頂沉降和水平收斂的形變位移發(fā)展較快，從第7步至第10步位移量緩慢增加，變形速率也不斷減小，之后逐漸趨于穩(wěn)定，拱頂下沉的累計(jì)變形量為192.50 mm，水平收斂的累計(jì)變形量為168.10 mm，而在監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)上下臺(tái)階交界的拱腳處易發(fā)生侵限.綜上分析，在隧道施工過程中要加強(qiáng)拱頂、拱底和上臺(tái)階拱腳部位的監(jiān)控量測(cè)工作，把隧道圍巖的變形量控制在允許的變形量之內(nèi)，保障隧道的安全施工.

圖5 兩臺(tái)階法拱頂沉降和水平收斂位移模擬變化圖Fig.5 Simulated change diagram of two-step method vault settlement and horizontal convergence displacement

3.2 CD工法開挖分析

圖6 CD法隧道開挖過程應(yīng)力圖Fig.6 Stress diagram of CD method tunnel excavation process

從圖6可知，隧道施工前圍巖處于自身應(yīng)力平衡狀態(tài)，從圖6(a)中可以看出，應(yīng)力最大值為2.007 MPa，最小值為8.630 kPa，其應(yīng)力值的大小與臺(tái)階法相當(dāng).由于CD法是分部的側(cè)壁導(dǎo)坑開挖，其形成的是非對(duì)稱自重應(yīng)力場(chǎng)，圖6(b)為分部核心土第5步開挖后的應(yīng)力云圖.①當(dāng)隧道上部左半斷面開挖支護(hù)后，在開挖面的交界處發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，最大應(yīng)力為2.053MPa，應(yīng)力集中范圍出現(xiàn)在開挖核心土的拱頂處，隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)拉應(yīng)力.②當(dāng)隧道上部的右半斷面開挖支護(hù)后，拱頂處的應(yīng)力變?yōu)榫鶆蚴芰顟B(tài)，拱頂?shù)膽?yīng)力最大值約為2.089 MPa.③當(dāng)隧道的下部左半斷面開挖支護(hù)后，應(yīng)力的最大值為2.456 MPa，發(fā)生在隧道下部?jī)上噜徍诵耐恋慕唤缣?④當(dāng)隧道的下部右半斷面開挖支護(hù)后，模型的應(yīng)力場(chǎng)變?yōu)閷?duì)稱分部，隧道洞周支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值為2.903 MPa.⑤當(dāng)拆除臨時(shí)鋼支撐后，應(yīng)力場(chǎng)變化較小，表明CD法分部導(dǎo)坑開挖時(shí)圍巖的應(yīng)力已基本釋放，隧道的變形處于穩(wěn)定狀態(tài).CD法施工過程中臨時(shí)鋼架的支撐作用可以有效的限制水平方向上位移的發(fā)展，整個(gè)開挖過程中應(yīng)力的最大值為4.070 MPa，發(fā)生在拱腳處，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)均處于受壓狀態(tài)，沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力.

圖7 CD法拱頂沉降和水平收斂位移模擬變化圖Fig.7 Simulated changed diagram of CD method vault settlement and horizontal convergence displacement

圖7為CD法拱頂沉降和水平收斂位移模擬變化圖，圖7(a)、(b)為沉降和收斂位移云圖，隧道核心土開挖以后，隧洞周邊的圍巖向開挖洞室方向移動(dòng)，隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的施作圍巖位移變化的速率被逐漸控制，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).從圖7中可知，豎直方向的位移在隧道的拱頂和拱底最大，拱頂下沉的最大值為139.07 mm，拱底向上的最大隆起值為191.07 mm.豎向位移變化較大的區(qū)域集中在拱頂和拱底附近，拱頂上方23 m，拱底下方9 m，大致為0.8～2.1D的影響范圍，邊墻的位移基本上沒有變化.水平方向的位移最大值發(fā)生在上部開挖核心土的拱腳處，水平最大收斂位移為110.90 mm，水平方向位移的影響范圍大致為2.5～3.0D，較重力方向稍大.

圖7(c)和(d)分別為CD法開挖拱頂沉降和水平收斂的形變位移及位移變化速率隨模擬開挖步的變化曲線，從圖中能更直觀地看出拱頂沉降和水平收斂位移形變量及位移變化速率與每一個(gè)開挖步的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由圖可知前11個(gè)開挖步的拱頂沉降和水平收斂的形變位移發(fā)展較快，從第12步至第17步位移量緩慢增加，變形速率也不斷減小，之后逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，拱頂下沉的累計(jì)變形量為139.07 mm，水平收斂的累計(jì)變形量為110.90 mm.綜上分析，在隧道施工過程中CD法能很好地控制大斷面隧道圍巖的變形，監(jiān)測(cè)圍巖的變形量都控制在允許預(yù)留變形量的范圍之內(nèi)，保障了隧道的安全施工.

3.3 不同開挖工法模擬結(jié)果對(duì)比分析

對(duì)上下臺(tái)階法和CD法開挖模擬隧道洞室開挖引起圍巖擾動(dòng)后的應(yīng)力和位移進(jìn)行對(duì)比分析，見表3所示.從表3可知：

(1)采用兩臺(tái)階法施工，隧道周圍產(chǎn)生的位移較大，應(yīng)力的大小與CD法相當(dāng).分析表明，臺(tái)階法的開挖工序相對(duì)于CD法相對(duì)簡(jiǎn)單，臺(tái)階法通過在開挖掌子面后方預(yù)留核心土、縮短循環(huán)進(jìn)尺，使仰拱緊跟掌子面封閉成環(huán)，并設(shè)置鎖腳錨管，在淺埋軟弱圍巖隧道中可以不同程度地控制拱部整體的變形.但臺(tái)階法在開挖過程中對(duì)軟弱圍巖有比較大的擾動(dòng)，其控制淺埋隧道沉降變形的能力遠(yuǎn)不如CD法，尤其是大斷面軟質(zhì)板巖隧道的開挖.因此，對(duì)于大斷面軟弱圍巖隧道的施工，當(dāng)可以允許較大的地表沉降時(shí)，選用上下臺(tái)階預(yù)留核心土工法的經(jīng)濟(jì)效益要比CD法更好，適用于中等級(jí)別圍巖隧道的開挖.

(2)CD法施工，隧道周圍產(chǎn)生的位移較小，拱頂下沉和水平收斂的位移量與兩臺(tái)階法施工的位移量相比分別減少了27.8%和34.0%.研究表明，當(dāng)隧道跨度很大，地表沉降要求嚴(yán)格、圍巖條件特別差、兩臺(tái)階法難以控制圍巖變形時(shí)，可采用CD法施工.相對(duì)臺(tái)階法，CD法多了一道中隔壁臨時(shí)支撐，隧道開挖斷面被分割成兩半，按先后導(dǎo)坑順序開挖，該工法對(duì)控制大斷面隧道圍巖的穩(wěn)定性較臺(tái)階法好.由于CD法沒有橫向支撐，它只有在先行導(dǎo)坑支護(hù)封閉完成后才能形成較強(qiáng)的整體支護(hù)剛度.在此之前，中壁臨時(shí)支撐的穩(wěn)定性容易受洞室開挖的影響，特別是在承載力較小的軟弱隧道圍巖中.因此，CD法控制凈空位移變形的能力較兩臺(tái)階法強(qiáng).但在軟弱圍巖的施工中，CD法先行導(dǎo)坑仰拱必須及時(shí)封閉成環(huán).相對(duì)而言，CD法能夠保障施工安全，但施工速度較慢，成本較高.因此，在先行導(dǎo)坑仰拱及時(shí)封閉的情況下，CD法可適用于高地應(yīng)力以及隧道埋深大于1.5D的軟弱隧道圍巖中.

表3 隧道圍巖應(yīng)力和位移比對(duì)表

通過以上對(duì)比分析，在軟弱圍巖隧道施工中，臺(tái)階法施工工藝簡(jiǎn)單，作業(yè)空間大，方便大型機(jī)械設(shè)備的操作，無需增設(shè)和拆除臨時(shí)支撐，其施工速度明顯優(yōu)于CD法.因此，在穩(wěn)定性較好的Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖中，多采用臺(tái)階法施工.而在穩(wěn)定性較差的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖軟弱圍巖中，要想采用臺(tái)階法施工，則在開挖前必須選擇合適的超前支護(hù)措施，才能保證施工的安全.

4 開挖步距對(duì)隧道圍巖變形及受力的影響

從表4可以看出，隨著隧道洞室開挖步距的增大，拱頂沉降和水平收斂的量值也不斷增大，隧道圍巖的等效應(yīng)力和等效塑性應(yīng)變也隨開挖步距的增加逐漸增大.故伴隨著隧道開挖步距的增加，圍巖的支護(hù)剛度逐漸下降，其穩(wěn)定性亦不斷減弱.由表中數(shù)據(jù)可知，開挖步距從1.0 m增大到2.0 m時(shí)，隧道拱頂?shù)某两盗恐祻?60.5 mm增加到193.8 mm，增加了207.5%，隧道洞周收斂的量值從106.2 mm增加到168.0 mm，增加了58.19%.可以看出改變隧道的開挖步距對(duì)水平收斂變形有更大的影響.而反映隧道圍巖穩(wěn)定性重要指標(biāo)的圍巖塑性應(yīng)變則增加到原來的1.98倍，這可以為隧道施工開挖步距的選擇提供一定的參考.

圖8、圖9分別為不同開挖步距下拱頂下沉位移變化曲線及沉降速率變化曲線，由圖中可以看出隨著開挖步距的增大，最終穩(wěn)定的位移值也逐漸增大，前五個(gè)開挖步內(nèi)變形急劇增加，分別占開挖步距1.0 m、1.5 m和2.0 m穩(wěn)定值的58.5%、88.3%和78.8%，平均達(dá)到了75.2%；而圖10、圖11分別為不同開挖步距下水平收斂位移變化曲線及收斂速率變化曲線，同樣是前五個(gè)開挖步內(nèi)變形急劇增加，分別占開挖步距1.0 m、1.5 m和2.0 m穩(wěn)定值的46.6%、63.4%和86.4%，平均達(dá)到了65.5%.可見在隧洞開挖過程中要重視開挖前期圍巖位移的變化，對(duì)于臺(tái)階法施工來說，基本上是上臺(tái)階核心土的開挖階段，本階段要加強(qiáng)圍巖變形的監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)反饋給施工單位，必要的時(shí)候采取一定的措施，控制圍巖變形在允許變形量之內(nèi).

圖12和圖13為所有模擬計(jì)算結(jié)果的匯總圖，從圖中可以看出不同開挖步距下隧道拱頂沉降和水平收斂的位移變形大致表現(xiàn)出二次多項(xiàng)式的函數(shù)關(guān)系，不同開挖步距下拱頂沉降變形的擬合曲線見式(1)，不同開挖步距下水平收斂位移變形的擬合曲線見式(2)，因此在一定開挖步距范圍內(nèi)隨著開挖步距的增大，變形速率逐漸變小，但位移變形量越來越大，隧道的不穩(wěn)定性逐漸加大，安全系數(shù)逐漸降低，故此在隧道的開挖過程中應(yīng)采取小步距開挖，加強(qiáng)不穩(wěn)定段圍巖的支護(hù)剛度，做好監(jiān)控量測(cè)工作，使位移的變化控制在預(yù)留變形量之內(nèi)，提高隧道施工的安全性.

y=-10.771x2+64.786x+107.22

(1)

圖8 不同開挖步距下拱頂沉降變化曲線Fig.8 Curves of settlement of vault under different excavation steps

圖9 不同開挖步距下拱頂沉降速率曲線Fig.9 Settlement rate curve of the vault under different excavation steps

其中，R2= 0.995 6，x為開挖步距，y為拱頂沉降位移,mm.

(2)

其中，R2= 0.995 2，x為開挖步距，y為水平收斂位移,mm.

圖10 不同開挖步距下水平收斂變化曲線Fig.10 Horizontal convergence curve under different excavation steps

圖11 不同開挖步距下水平收斂速率曲線Fig.11 Horizontal convergence rate curves under different excavation steps

圖12 不同開挖步距下拱頂沉降變形曲線Fig.12 Deformation curve of the vault under different excavation steps

圖13 不同開挖步距下水平收斂變形曲線Fig.13 Horizontal convergence deformation curve under different excavation steps

表4 不同開挖步距下隧道圍巖變形及受力結(jié)果

5 結(jié)論

(1)采用兩臺(tái)階法模擬隧道開挖過程中，洞室開挖前圍巖處于自身應(yīng)力平衡狀態(tài)，應(yīng)力最大值為2.100 MPa，最小值為8.863 kPa；整個(gè)施工過程中應(yīng)力最大值為3.550 MPa，洞室周邊的應(yīng)力影響范圍為5～20 m，在隧洞跨徑的1.5倍以內(nèi).

(2)采用CD法模擬隧道開挖過程中，施工前圍巖處于自身應(yīng)力平衡狀態(tài)，應(yīng)力最大值為2.007 MPa，最小值為8.630 KPa，其應(yīng)力值的大小與臺(tái)階法相當(dāng).整個(gè)開挖過程中應(yīng)力的最大值為4.070 MPa，發(fā)生在拱腳處，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)均處于受壓狀態(tài)，沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力.采用CD法模擬隧道施工時(shí)洞周發(fā)生的位移較小，拱頂下沉和水平收斂的位移量與兩臺(tái)階法施工的位移量相比分別減少了27.8%和34.0%.

(3)模擬不同開挖步距下隧道拱頂沉降和水平收斂的位移變形大致表現(xiàn)出二次多項(xiàng)式的函數(shù)關(guān)系.在隧道的開挖過程中應(yīng)采取小步距開挖，加強(qiáng)不穩(wěn)定段圍巖的支護(hù)剛度，做好監(jiān)控量測(cè)工作，使位移的變化控制在允許預(yù)留變形量之內(nèi)，提高隧道施工的安全性.