李光凯，刘志龙 （烟台市公路管理局，山东 烟台 264001）

1 概 述

小净距隧道是介于普通分离式隧道和连拱隧道之间的一种新型隧道结构型式。因其不受地形地质条件限制，施工工艺简单，造价易于控制，可有效提高运输效率和保护利用环境的优势，目前在国内外已有很多工程实例。

目前，国内对于小净距隧道的研究尚处于边施工边探讨的总结阶段，没有明确的设计和施工规范，理论研究滞后于工程建设需求的发展。烟台五卒山隧道出口段不仅是典型的小净距隧道，且埋深浅，跨度大，具有很好的研究价值。本研究的结论和建议对指导小净距隧道的设计和施工具有重要现实意义。

不同的开挖方式对隧道的影响是不同的，开挖方式决定着隧道围岩的荷载释放和变形方式，关系隧道的施工安全和建设成败。小净距隧道的间距小，中夹岩柱厚度小，两隧道的相互影响程度较大，不同开挖方式的应力重分布和围岩扰动程度有较大区别。因而，有必要对不同开挖方式下围岩和支护结构的变形及力学特征进行研究，优化隧道施工方案，确保隧道的施工安全和稳定运营[1-3]。

2 施工方法

采用数值模拟的方法，计算分析不同工法围岩的变形和力学特性，从而比较选择更为安全可靠和经济合理的施工方法。依据工程地质条件和工程设计经验，选取CRD工法和双侧壁导坑法两种工法进行对比分析。

CRD工法又称交叉中隔壁法，施工中先开挖隧道一侧的一部或二部，施作部分临时中隔壁墙及临时仰拱，再开挖隧道另一侧的一部或二部，然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁墙壁，最后开挖剩余部分的施工方法。

双侧壁导坑法是新奥法的一个分支，又称眼睛工法。施工中先开挖一侧导坑，施作初期支护，再开挖另一侧导坑并作支护，然后开挖上部核心土，作顶拱支护，最后开挖下台阶部分，作仰拱支护[4-5]。

图1 CRD工法的有限差分网格

图2 双侧壁导坑法的有限差分网格

3 数值建模

3.1 断面选取

计算假定隧道为无限长，按照平面应变问题开挖求解，选取出口段桩号为ZK8+320的断面为研究对象。该断面围岩为V类围岩，埋深约为7m，地层结构主要为第四系粘性土及变粒岩、片岩等变质岩，岩性较差，岩体较破碎，断面附近存在构造破碎带，水蚀现象较严重。

3.2 隧道模型

隧道断面形状为三心圆加仰拱型式，按最不利工况，取隧道毛洞单洞跨度为17.52m，高为11.5m。由有限元计算程序ANSYS11.0建立有限元模型，并导入FLAC3D程序，得到有限差分网格模型。围岩采用四边形网格实体单元模拟，支护采用FLAC3D的结构单元模拟[6-8]。

CRD工法和双侧壁导坑法的有限差分网格分别如图1、图2所示。其中CRD工法有限差分模型划分成9528个节点，6138个单元；双侧壁导坑法有限差分模型划分成11994个节点，7734个单元。

原岩物理力学参数表 表1

CRD工法开挖步4监测点的位移值表 表2

3.3 边界条件

为减小边界效应的影响，取隧道中心线和隧道底板的交点为原点，模型的左、右及下边界距离取3～5倍的隧道的开挖直径，即左、右边界为80m，下边界为-60m，上边界为地表，隧道轴线方向取1.0m。计算模型的左、右、前、后边界和下边界均为法向约束，上边界为自由边界。

3.4 计算参数

围岩采用摩尔-库仑弹塑性本构模型，根据《岩土工程勘察报告》和相关规范，岩样的物理力学计算参数如表1所示。

4 结果分析

为便于比较分析，在隧道周边选取8个监测点，在计算后提取监测点的位移进行分析比较。CRD工法及双侧壁导坑工法完全开挖后部分关键监测点位移如表2、表3所示。

分析以上计算结果得出：CRD工法和双侧壁导坑法各开挖步洞周的水平和竖向位移值接近，双侧壁导坑法的位移值略大。

5 结 论

双侧壁导坑法开挖步4监测点的位移值表 表3

综合以上位移场、应力场和塑性区的计算结果分析得出：针对本工程，CRD工法在位移和变形控制上优于双侧壁导坑法，但壳单元模拟下CRD工法的塑性区较双侧壁导坑法大。考虑施工工艺和工程造价因素，CRD工法的施工工艺和造价均优于双侧壁导坑法。但不同工程、不同地质情况下，两种工法的位移、应力及塑性区特征均会不同，具体工程中应参照本研究的数值模拟分析过程，进行比选，确定最优的施工工法。

[1]王伟峰，毕俊丽.软岩浅埋隧道施工工法比选[J].岩土力学，2007(S1).

[2]龚建伍，夏才初，朱合华，等.鹤上大断面小净距隧道施工方案优化分析[J].岩土力学，2009（1）.

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