双跨连拱隧道的施工过程模拟和测试分析

1、工程概况

　　张石高速公路野狐岭1#隧道起讫里程为K19+840～K20+400，全长560 m，位于野狐岭段玄武岩台地区，恰处分水岭（山脊）和垭口重合地段；该隧道埋深位于隧道中部偏后为16.8 m，进出口段埋深1～2 m，其余埋深5～8 m，属于浅埋隧道。隧道围岩主要为Ⅴ级围岩，进口地段围岩以强风化碎块状玄武岩为主，次为亚粘土，地表风化强度更强，岩质疏松；出口地段主要为弱-强风化碎块状结构，次为碎石土；中部地段岩石风化程度较进口段弱，也以强风化碎块状玄武岩为主。由于岩体风化差异，致使疏松岩石与坚硬岩块相间出现，开挖过程很难控制开挖断面形状，施工困难。

　　隧道横断面采用双跨连拱断面设计，净宽10.25 m，建筑限界高度5.0 m，净高7.05 m.衬砌断面采用单心圆方案，半径为5.43 m，以利于结构受力以及便于施工。隧道平面布置主要服从路线总体走向，采取平曲线，纵坡坡度2.673%
　　Fig.1 The Cross Section of the Tunnel

　　施工中遵循“先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的施工原则进行开挖施工。对于隧道洞口采用明挖法施工，隧道洞身段采用三导洞先墙后拱法施工，中导洞先行，左导洞滞后中导洞，右导洞滞后左导洞，导洞均采用正台阶法施工，台阶长度5-7 m，开挖进尺按两榀钢架间距进行。主洞开挖先进行左洞，右洞滞后左洞7-10 m.主洞开挖亦采用台阶法，上台阶分部开挖预留核心土。

　　2 、有限元计算与分析

　　采用ansys软件进行计算分析，该软件可以方便地模拟分部施工过程和地应力的释放。

　　1 计算模型的确定

　　（1）模型的建立

　　计算假定：①隧道的受力和变形为平面应变问题；②由于埋深较浅，仅考虑自重应力场。依据圣维南原理，取洞径的2~3倍作为计算区域，上边界取至地表面；左、右边界为水平约束，下边界为水平和垂直约束。围岩用二维平面应变单元模拟，超前支护通过在加固范围内设置重叠单元并提高其地层的物理力学参数来实现，喷射混凝土用二维平面单元进行模拟，二次衬砌则采用梁单元模拟[2].网格按靠近开挖处较密、远离开挖处较疏的原则划分，共划分了1602个单元，1274个节点。