柳厚祥，龐昌秀，查煥奕，朱性彬，李 濤

(長(zhǎng)沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410114)

1 研究背景

在隧道工程設(shè)計(jì)與施工過程中，由于受到線形要求及工程地質(zhì)條件的限制，尤其是在偏壓荷載作用下，小間距隧道在社會(huì)及經(jīng)濟(jì)等方面的優(yōu)勢(shì)日益突出。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：小間距隧道是指兩洞室凈距較小，在設(shè)計(jì)和施工過程中需要采取特殊措施的分離式隧道[1]。小間距隧道由于偏壓的作用及先后行洞之間的相互影響對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性控制帶來了極大的挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)隧道間距較小時(shí)，地表沉降變化、中間巖柱受力、圍巖塑性流動(dòng)及變形都比較復(fù)雜，其穩(wěn)定性更加難以控制[2-3]。因此，深度了解施工力學(xué)行為及圍巖破壞規(guī)律仍然是偏壓小間距隧道研究中的重點(diǎn)課題之一。

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者通過不同的理論研究及數(shù)值模擬方法對(duì)小間距隧道進(jìn)行了大量研究[4-8]。李偉平等[9]利用數(shù)值方法，分析了不同開挖順序和不同施工法對(duì)圍巖變形、地表沉降變化及圍巖塑性區(qū)域分布的影響。張振宇等[10-11]考慮了偏壓角度、隧道埋深等因素，推導(dǎo)了偏壓小間距隧道圍巖計(jì)算方法，對(duì)圍巖薄弱位置提出了合理的加固方案，但是并沒有考慮施工工序?qū)鷰r壓力的影響。杜德持等[12]基于模糊灰色關(guān)聯(lián)理論，通過分析隧道群穩(wěn)定性判定指標(biāo)，以確定隧道群施工最優(yōu)方案；但是其權(quán)重的分配部分依靠專家經(jīng)驗(yàn)，并未進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。譚忠盛等[13-14]對(duì)淺埋偏壓小間距黃土隧道圍巖與中間巖柱的變形及支護(hù)力學(xué)行為進(jìn)行了分析；探討了型鋼支護(hù)體系與格柵支護(hù)體系的受力狀態(tài)。宋應(yīng)潞等[15]將強(qiáng)度折減法與剛度退化法聯(lián)合應(yīng)用，分析了在不同的巖體物理參數(shù)下圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，研究了在不同折減系數(shù)下圍巖塑性分布規(guī)律，但是得出的安全系數(shù)較為保守，強(qiáng)度折減法適用于剪切破壞，其他破壞類型有待研究。目前，在偏壓條件下針對(duì)不同的隧道間距對(duì)小間距隧道中間巖柱穩(wěn)定性的影響、初期支護(hù)內(nèi)力變化及圍巖破壞方面的研究相對(duì)較少。

本文依托湖南省那丘隧道工程，利用ABAQUS有限元軟件在不同開挖順序及不同隧道間距下對(duì)偏壓小間距隧道施工過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬與分析，研究了隧道圍巖、地表沉降、中間巖柱變形規(guī)律、初期支護(hù)內(nèi)力變化及圍巖破壞規(guī)律，得到了較為可靠的結(jié)論。

2 三維數(shù)值模擬方法

2.1 模型建立

該隧道斷面凈寬B=12.45 m，凈高H=10.19 m，左右洞隧洞間距D=0.4B，左洞隧道拱頂距離地表線20.75 m，右洞隧道拱頂距地表線42.5 m，隧道明顯受偏壓作用，因地質(zhì)作用巖體主要分為強(qiáng)風(fēng)化巖層及粉質(zhì)砂巖兩部分，建立的三維有限元數(shù)值模型如圖1所示。由設(shè)計(jì)規(guī)范[1]可知隧道開挖的影響范圍一般為0.5～2.5倍的洞徑，隧道左側(cè)邊界取34 m，右側(cè)邊界取62 m，下部邊界取57 m，縱向計(jì)算長(zhǎng)度取40 m。位移邊界條件在隧道左右兩側(cè)x軸方向約束，隧道底部固定約束，在隧道前后沿z軸方向約束，頂部為自由面不進(jìn)行任何約束。

圖1 偏壓小間距隧道數(shù)值計(jì)算模型Fig.1 Numerical model of tunnel with small spacing under unsymmetrical loading

本文對(duì)錨桿及超前支護(hù)不作具體的研究，基于等效原理，對(duì)巖體的內(nèi)摩擦角及黏聚力進(jìn)行相應(yīng)的提高；而型鋼則根據(jù)抗壓剛度等價(jià)原則，將型鋼的彈性模量折算給初期支護(hù)混凝土的彈性模量的方法進(jìn)行概算化處理[16]。等效后得到計(jì)算模型參數(shù)如表1所示，本模型中巖體采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，其巖體破壞標(biāo)準(zhǔn)則服從Mohr-Coulomb準(zhǔn)則；初期支護(hù)及二次襯砌采用實(shí)體單元模擬，但只考慮其彈性行為而不考慮塑性行為，且兩者的厚度分別為30 cm、55 cm。在計(jì)算過程中，為了克服本構(gòu)模型在計(jì)算過程中嚴(yán)重不收斂或產(chǎn)生變形突變點(diǎn)的現(xiàn)象，采用減縮積分及沙漏技術(shù)進(jìn)行控制。

表1 計(jì)算模型參數(shù)Table 1 Model parameters

2.2 施工方法動(dòng)態(tài)模擬

利用 ABAQUS有限元軟件中程序的單元“生死”功能來模擬開挖巖體、支護(hù)體系施作。首先將支護(hù)體系“殺死”進(jìn)行自動(dòng)地應(yīng)力平衡，以保證隧道在開挖過程中不會(huì)發(fā)生較大變形，更能反映巖體所處的真實(shí)狀態(tài)[17]。然后依照施工順序?qū)﹂_挖的巖塊進(jìn)行“殺死”，按照邊開挖邊支護(hù)的原則，中隔墻作為初期支護(hù)的一部份分步“激活”，循環(huán)施作。

在中隔壁法(Center Diaphragm，CD)施工及先開挖左洞后開挖右洞的施作順序下，且在兩洞掌子面間距40 m情況下，分別模擬0.2B、0.4B、0.6B、0.8B、1.0B、1.2B隧道間距下的施工，且左洞位置不變，右洞位置不斷向右推移；考慮兩洞不同開挖順序及兩洞間的相互影響，在0.4B隧道間距情況下，分別模擬單獨(dú)開挖左洞、單獨(dú)開挖右洞、兩洞分離開挖(兩洞掌子面間距40 m)及兩洞并行開挖下的施工；在模擬施工過程中初始地應(yīng)力由自重產(chǎn)生，并采用邊開挖邊支護(hù)原則，考慮不同隧道間距及兩洞不同開挖順序?qū)ζ珘盒￠g距隧道的影響。

CD法開挖與支護(hù)示意圖如圖2所示，其開挖步驟如下：①先對(duì)1、2兩部分巖塊相距5 m開挖，循環(huán)進(jìn)尺2.5 m，并施作初期支護(hù)與中隔墻；②分別對(duì)3、4兩部分巖塊循環(huán)開挖，施作初期支護(hù)；③待初期支護(hù)硬化達(dá)到一定強(qiáng)度，拆除中隔墻；④開挖仰拱，并施作初期支護(hù)及時(shí)閉合回環(huán)；⑤右洞與左洞開挖順序相同。

圖2 CD法開挖與支護(hù)示意圖Fig.2 Schematic diagram of excavation and support by CD method

2.3 強(qiáng)度折減法

所謂強(qiáng)度折減法[18-19]就是通過不斷對(duì)材料的黏聚力與內(nèi)摩擦角進(jìn)行折減，從而使計(jì)算中的某個(gè)單元的應(yīng)力達(dá)到其破壞屈服準(zhǔn)則，進(jìn)而使巖體沿某個(gè)結(jié)構(gòu)面發(fā)生破壞，從而研究隧道開挖后巖體破壞規(guī)律。為了研究不同隧道間距下偏壓小間距隧道圍巖塑性流動(dòng)規(guī)律及穩(wěn)定性，本文利用ABAQUS軟件通過場(chǎng)變量及編輯inp文件來實(shí)現(xiàn)巖體參數(shù)的折減，巖體力學(xué)參數(shù)的折減公式為：

c1=c/fs;

(1)

φ1=arctan (tanφ/fs) 。

(2)

式中：c1、φ1分別為巖體折減后黏聚力和內(nèi)摩擦角；c為巖體黏聚力；φ為巖體內(nèi)摩擦角；fs為強(qiáng)度折減系數(shù)。

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

為了研究偏壓小間距隧道變形特性及穩(wěn)定性，通過數(shù)值模擬分析與計(jì)算，在CD法施工下，針對(duì)不同施工順序及隧道間距，分析了偏壓小間距隧道圍巖變形規(guī)律、地表沉降變化、中間巖柱的變形特性、初期支護(hù)內(nèi)力變化、圍巖塑性破壞規(guī)律。

3.1 圍巖變形規(guī)律

在隧道的設(shè)計(jì)與施工過程中，分析圍巖位移是研究圍巖穩(wěn)定性必不可少的重要途徑，通過分析位移變化曲線能夠直觀地觀察洞周計(jì)算點(diǎn)在整個(gè)施工過程中的動(dòng)態(tài)變化情況，以便能提前采取有力的控制措施來應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

在CD法施工及0.4B隧道間距情況下，左右洞不同開挖順序隧道圍巖豎向位移如圖3所示。

圖3 開挖順序?qū)鷰r豎向位移的影響Fig.3 Influence of excavation sequence on vertical displacement of surrounding rock

由圖3可知：后行右洞對(duì)先行左洞的影響，左洞拱頂與拱底豎向位移分別增加2.8%、5.6%；后行左洞對(duì)先行右洞的影響，右洞拱頂與拱底豎向位移分別增加8.6%、4.2%；其他隧道圍巖計(jì)算點(diǎn)也與上述的規(guī)律比較相似，原因在于后行隧道施工時(shí)會(huì)對(duì)先行隧道圍巖產(chǎn)生新的擾動(dòng)破壞，使圍巖變形進(jìn)一步加大，而且右洞的埋深大于左洞，隧道整體受偏壓的作用，右洞開挖圍巖變形較大，同時(shí)對(duì)左側(cè)圍巖不斷卸荷，中間巖柱左側(cè)壓彎而右側(cè)拉裂，進(jìn)一步加劇偏壓程度。在開挖左洞時(shí)，由于左洞始終處于淺埋階段，不能形成自拱效應(yīng)來抵抗下滑力，因此施工時(shí)應(yīng)增加管棚設(shè)施等超前支護(hù)手段進(jìn)行輔助施工；不同開挖順序?qū)绊斢绊戄^大，先行左洞開挖方式要優(yōu)于先行右洞，隨著支護(hù)體系施作的完成，隧道圍巖位移最終收斂于某一定值。

為了研究隧道間距對(duì)圍巖位移的影響，基于先行左洞開挖順序下，圍巖變形如圖4所示。結(jié)果表明：隨著隧道間距的增加，左洞圍巖拱頂、拱底及右拱腳位移不斷減小，而右洞位置點(diǎn)位移變化曲線呈先減小后增大的規(guī)律，且在隧道間距0.8B時(shí)，右洞圍巖位移最小。由于隧道間距增大，左洞位置不變，而右洞位置不斷向右推移，兩洞相互影響不斷弱化，從而左洞圍巖變形不斷減??；在隧道間距從0.2B增加到0.8B過程中，后行右洞對(duì)先行左洞的相互影響起主導(dǎo)作用，隨隧道間距增大，相互影響不斷弱化，右洞的圍巖變形從而不斷減??；在隧道間距從0.8B增加到1.2B過程中，隧道埋深起主導(dǎo)作用，隨著隧道間增大，右洞的埋深也不斷增大，圍巖變形也隨之加大。隧道間距對(duì)右洞拱頂?shù)挠绊懽畲?，由于偏壓及不斷?duì)巖體進(jìn)行卸載的作用，頂部巖塊向洞內(nèi)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)更加顯著。

圖4 隧道間距對(duì)圍巖豎向位移的影響Fig.4 Influence of tunnel spacing on vertical displacement of surrounding rock

因此，在偏壓小間距隧道設(shè)計(jì)與施工過程中，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到不同開挖順序下兩洞并存、不同隧道間距及隧道埋深對(duì)圍巖變形的影響，在施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)洞周點(diǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，盡量縮短各開挖步的施作時(shí)間 ，必要時(shí)應(yīng)對(duì)拱頂進(jìn)行超前支護(hù)，以避免拱頂坍塌。

3.2 地表沉降分析

在偏壓小間距隧道施工過程中，地表沉降會(huì)造成隧道拱頂坍塌、地表面嚴(yán)重坍陷及周圍建筑物不均勻沉降等眾多危害，因此，本文分析了地表沉降在不同開挖順序及隧道間距條件下的變化。

在0.4B隧道間距情況下，左右洞不同開挖順序引起的地表沉降位移如圖5所示，由于隧道偏壓的存在，地表沉降曲線明顯不對(duì)稱，右側(cè)的沉降位移值明顯大于左側(cè)。由于左洞位置偏壓角度較大，隧道開挖使圍巖應(yīng)力重新分布，上部土體向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有向左側(cè)偏斜的趨勢(shì)，不斷對(duì)左側(cè)土體擠壓，從而在左側(cè)出現(xiàn)輕微的地表隆起現(xiàn)象。左右洞分離開挖與并行開挖下地表沉降曲線為單峰值曲線，在右洞拱頂偏左側(cè)的地表沉降位移最大，分別為6.4、7.28 mm。

圖5 開挖順序?qū)Φ乇沓两档挠绊慒ig.5 Influence of excavation sequence on surface settlement

由于偏壓與隧道間距的影響，兩洞并沒有呈現(xiàn)雙峰曲線，而兩洞間的相互影響使最大地表沉降增加了13.7%。兩洞單獨(dú)開挖下，地表最大沉降發(fā)生在拱頂處，對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在左右洞兩側(cè)一段距離內(nèi)，左右洞分離開挖引起的地表沉降量大致是兩洞單獨(dú)開挖引起的地表沉降量的疊加，而在左右洞中間一段距離內(nèi)，分離開挖引起的地表沉降量要大于兩者的疊加，可見隧道間距及偏壓的作用使得兩洞間的相互影響仍然較大。因此，在施工時(shí)，兩洞間的掌子面及隧道間距應(yīng)保證一定的合理距離。

不同隧道間距下的地表沉降如圖6所示。通過分析數(shù)據(jù)可知：隨著隧道間距的不斷增加，最大地表沉降位置點(diǎn)也隨右洞位置不斷向右而向右推移，所引起的最大地表沉降量卻不斷減小；在左右洞兩側(cè)一段距離以內(nèi)，地表沉降發(fā)展曲線基本一致，在左右洞中間段地表沉降變化較大。當(dāng)隧道間距為0.2B時(shí)，地表沉降最大為7.8 mm；與0.2B隧道間距相比，隧道間距為0.4B、0.6B、0.8B、1.0B、1.2B時(shí)地表最大沉降量分別減少17.9%、28.2%、35.9%、38.4%、42.3%，隨著隧道間距的不斷減小，地表沉降增量不斷增大，在隧道間距0.4B到0.2B變化過程中，增量最大。

圖6 隧道間距對(duì)地表沉降的影響Fig.6 Influence of tunnel spacing on surface subsidence

3.3 中間巖柱穩(wěn)定性分析

中間巖柱處受力較為復(fù)雜，為了研究中間巖柱變形特性及穩(wěn)定性，分析了左右洞不同開挖順序及不同隧道間距沿中間巖柱豎向中心線水平位移變化情況，以及在不同隧道間距下沿中間巖柱水平中心線水平應(yīng)力、豎向應(yīng)力及最大主應(yīng)力分布情況。

在0.4B隧道間距情況下，不同開挖順序中間巖柱中心線水平位移分布如圖7所示。

圖7 開挖順序?qū)χ虚g巖柱水平位移的影響Fig.7 Influence of excavation sequence on horizontal displacement of intermediate rock column

由于偏壓作用，中間巖柱整體主要受壓彎組合力，呈側(cè)彎趨勢(shì)，且左側(cè)水平位移值大于右側(cè)，其最大值分布于中間巖柱左側(cè)。與地表沉降規(guī)律相似，數(shù)據(jù)研究表明，沿中心線遠(yuǎn)離左右洞上下側(cè)一段距離內(nèi)，左右洞分離開挖引起的地表沉降量大致是兩洞單獨(dú)開挖引起的中間巖柱水平位移的疊加，而距離左右洞較近的一段范圍內(nèi)，分離開挖下的水平位移大于兩者的疊加；且兩洞并行開挖下引起的中間巖柱水平位移在沿整個(gè)中心線內(nèi)都大于分離開挖下引起的水平位移，兩者最大水平位移相差18.7%，可見采取合理的施工順序尤為重要。

不同隧道間距下沿中間巖柱豎向中心線水平位移分布如圖8所示。6種隧道間距情況下，水平位移變化曲線基本一致，由上到下中間巖柱水平位移先增大再減小，再增大再減小，最終趨于中心線，大體呈“S”型曲線分布。隨著隧道間距的增大，水平位移不斷減小，而中間巖柱處的偏壓程度也隨之弱化。

圖8 中間巖柱水平位移隨隧道間距的變化Fig.8 Horizontal displacement of intermediate rock pillar varying with tunnel spacing

在先行左洞開挖順序下，隧道間距取不同值時(shí)，沿中間巖柱水平中心線，可以得到水平應(yīng)力、豎向應(yīng)力及最大主應(yīng)力分布情況。如圖9所示。

圖9 中間巖柱水平中心線上應(yīng)力分布Fig.9 Stress distribution on horizontal center line of intermediate rock column

中間巖柱主要以壓應(yīng)力為主，在接近隧道左洞右拱肩出現(xiàn)微小的主拉應(yīng)力；隧道開挖對(duì)巖體不斷進(jìn)行卸載，拱頂向內(nèi)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)不斷加劇，位移不斷加大，隨著開挖的進(jìn)行，應(yīng)力也由上到下不斷傳遞，在中間巖柱處出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。由于偏壓的影響，隧道間距從0.2B增加到1.2B過程中，水平應(yīng)力及最大主應(yīng)力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而豎向應(yīng)力則表現(xiàn)為先減小后增大的規(guī)律。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，水平應(yīng)力及最大主應(yīng)力在中間巖柱中心處取最大值，而豎向應(yīng)力取得最小值；在隧道間距從0.2B增加到0.8B過程中，各應(yīng)力變化量較小，而從0.6B增加到1.2B過程中，各應(yīng)力變化量較大，因?yàn)榍罢咧饕莾啥撮g的相互影響起主導(dǎo)作用，后者主要是隧道埋深增加的緣故。因此，施工時(shí)應(yīng)注意中間巖柱變形及應(yīng)力變化，當(dāng)隧道間距較小時(shí)，應(yīng)對(duì)中間巖柱進(jìn)行預(yù)加固處理。

3.4 初期支護(hù)內(nèi)力分析

為了研究初期支護(hù)內(nèi)力變化，在0.4B隧道間距及分離式開挖順序下，選取初期支護(hù)特殊位置點(diǎn)進(jìn)行分析，彎矩與軸力值如表2所示。數(shù)據(jù)分析表明：先行左洞開挖完成，圍巖應(yīng)力重新分布，其初期支護(hù)所受彎矩及軸力急劇增大，同時(shí)對(duì)后行右洞中的初期支護(hù)產(chǎn)生了一定影響，內(nèi)力值較??；后行右洞開挖完成時(shí)，左洞初期支護(hù)拱頂及右拱腰處的軸力分別增加10.13%、11.49%，彎矩分別增加34.91%、60.85%，可見左洞初期支護(hù)的彎矩增量大于軸力增量。由此可見后行右洞的開挖對(duì)先行左洞中的初支內(nèi)力變化影響較大。由于偏壓作用和兩洞開挖之間的相互影響，右洞開完完成后，兩洞初期支護(hù)中右拱腰處的彎矩明顯大于拱頂處的，而軸力則反之。

表2 初期支護(hù)特殊位置點(diǎn)的軸力和彎矩Table 2 Axial force and bending moment at special position of initial support

3.5 圍巖破壞規(guī)律

為了研究偏壓小間距隧道圍巖塑性破壞規(guī)律及合理的隧道間距，基于強(qiáng)度折減法基本原理，利用ABAQUS有限元軟件計(jì)算得到了不同隧道間距下的等效塑性應(yīng)變?nèi)鐖D10所示,水平位移與折減系數(shù)的關(guān)系如圖11所示。當(dāng)隧道間距為0.2B時(shí)，中間巖柱中間段塑性貫通，雖然左洞右拱肩還未與隧道上部貫通，還未充分發(fā)揮巖體強(qiáng)度作用而中間巖柱已完全破壞，破壞時(shí)塑性面積較小，破壞時(shí)間較短。當(dāng)隧道間距從0.4B增加到1.0B過程中，中間巖柱中間段貫通程度不斷減小，最大塑性應(yīng)變都發(fā)生于中間巖柱處，最終在左拱肩處與上部巖體塑性貫通，在拱腳與拱肩處剪應(yīng)力較大，隧道整體剪切破壞。當(dāng)隧道間距為1.2B時(shí)，兩洞間的相互影響不再起主導(dǎo)作用，而此時(shí)右洞的埋深最大，中間巖柱處塑性區(qū)域不再連通。由于偏壓的存在，右洞處塑性區(qū)域面積明顯大于左洞，而等效塑性應(yīng)變的最大值發(fā)生在拱腳及拱肩處，隧道圍巖最終發(fā)生剪切破壞。若把中間巖柱塑性區(qū)的貫通程度作為評(píng)判準(zhǔn)則，那么隧道間距應(yīng)>0.8B較為合理，當(dāng)隧道實(shí)際間距大于合理間距時(shí)，可以按照規(guī)范對(duì)中間巖柱進(jìn)行普通支護(hù)即可。

圖10 隧道間距對(duì)圍巖等效塑性應(yīng)變的影響Fig.10 Effect of tunnel spacing on equivalent plastic strain of surrounding rock

圖11 水平位移與折減系數(shù)的關(guān)系Fig.11 Relationship between horizontal displacement and reduction coefficient

由上述分析可知，在偏壓小間距隧道圍巖破壞過程中，中間巖柱是最薄弱的位置，中間巖柱的穩(wěn)定性關(guān)乎整個(gè)隧道的穩(wěn)定狀態(tài)，因此在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制施工工序，避免超挖，并基于圍巖自身強(qiáng)度對(duì)中間巖柱進(jìn)行特殊加固處理。

將邊坡工程中的強(qiáng)度折減法引入到小間距隧道工程，以水平位移突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)下的折減系數(shù)作為圍巖破壞評(píng)判準(zhǔn)則，可以確定不同隧道間距下的圍巖安全系數(shù)，如圖11所示。圖12的數(shù)據(jù)表明：隨著隧道間距的不斷增加，安全系數(shù)逐漸遞增，而等效塑性應(yīng)變逐漸減小。當(dāng)隧道間距為0.2B時(shí)，安全系數(shù)最小，為1.08；當(dāng)隧道間距為1.2B時(shí)，安全系數(shù)最大，為1.56。當(dāng)隧道間距為0.8B時(shí)，等效塑性應(yīng)變發(fā)生較大的突變，此時(shí)對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)為1.55，若把應(yīng)變突變點(diǎn)作為評(píng)判準(zhǔn)則，隧道間距也要0.8B，與上文把中巖柱貫通程度作為評(píng)判標(biāo)椎得出的結(jié)論大體一致。結(jié)合邊坡工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，隧道間距在0.2B～1.2B范圍內(nèi)時(shí)，雖然安全系數(shù)都>1.0，但并不意味著隧道是穩(wěn)定的，可能會(huì)發(fā)生局部破壞。

圖12 安全系數(shù)及等效塑性應(yīng)變隨隧道間距的變化Fig.12 Variations of safety factor and equivalent plastic strain with tunnel spacing

4 結(jié) 論

在CD法施工下，針對(duì)不同開挖順序及不同隧道間距，利用ABAQUS軟件對(duì)偏壓小間距隧道施工過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，分析了洞周圍巖變形規(guī)律、地表沉降變化、中間巖柱變形特性及初期支護(hù)內(nèi)力變化，揭示了偏壓小間距隧道施工力學(xué)行為；基于強(qiáng)度折減法基本原理，探討了不同隧道間距下圍巖塑性破壞規(guī)律，通過分析圍巖塑性區(qū)、等效塑性應(yīng)變及安全系數(shù)，確定了合理隧道間距，得出如下主要結(jié)論：

(1)在不同開挖順序下，后行右洞對(duì)先行左洞的影響，左洞拱頂與拱底豎向位移分別增加2.8%、5.6%；后行左洞對(duì)先行右洞的影響，右洞拱頂與拱底豎向位移分別增加8.6%、4.2%。

(2)隨隧道間距的增加，左洞圍巖拱頂、拱底及右拱腳位移不斷減小，而右洞位置點(diǎn)位移變化曲線呈先減小后增大的規(guī)律，隧道間距對(duì)拱頂?shù)挠绊懽畲蟆?/p>

(3)在遠(yuǎn)離左右洞一段距離內(nèi)，左右洞分離開挖引起的地表沉降量大致是兩洞單獨(dú)開挖引起的地表沉降量的疊加，而在靠近左右洞一段距離內(nèi)，分離開挖引起的地表沉降量要大于兩者的疊加，且中間巖柱水平位移也有相似的規(guī)律，因此兩洞開挖時(shí)應(yīng)采取合理的施工間距。

(4)隨著隧道間距的增加，沿中間巖柱豎向中心線的水平位移逐漸減??；豎向應(yīng)力表現(xiàn)為先減小后增大的規(guī)律，而水平應(yīng)力及最大主應(yīng)力則反之。

(5)后行右洞對(duì)先行左洞中的初支內(nèi)力變化影響較大，右洞開挖完成后，兩洞初期支護(hù)中右拱腰處的彎矩明顯大于拱頂處，而軸力則反之。

(6)隨著隧道間距的增加，中間巖柱塑性貫通程度逐漸弱化，安全系數(shù)不斷提高，而等效塑性應(yīng)變逐漸減小，當(dāng)隧道間距>0.8B時(shí)較為合理。

綜上所述，在偏壓作用下小間距隧道圍巖變形及受力較為復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體分析，選擇合理的開挖順序、合理的隧道間距及支護(hù)方案。本文在CD法施工下，考慮開挖順序及隧道間距對(duì)偏壓小間距隧道施工力學(xué)行為及圍巖破壞的影響，得出了較為可靠的結(jié)論，為今后研究偏壓小間距隧道的設(shè)計(jì)與施工提供一定的借鑒意義。