特大跨连续变断面隧道双导洞超前-中柱反向扩挖的施工力学行为

摘要

以青岛市胶州湾第二海底隧道正线与匝道并线超大跨连续变截面段为工程依托，在保证浅埋超大跨连续变断面隧道的开挖施工稳定性的前提下，提出了一种在限定条件下渐变大断面隧道双导洞超前-中柱反向扩挖的施工方法，结合有限元分析和现场监测数据，验证了施工方法的合理性和有效性。研究结果表明：在保持原设计的开挖分部的基础上，采用双导洞超前-中柱反向扩挖的施工方法，可以极大地提高施工效率，且隧道支护结构的变形和受力在允许范围之内，隧道结构安全稳定。数值模拟分析表明：中导洞反向扩挖会导致仰拱隆起迅速增大，隧道边墙位置容易发生应力集中，尤其是在大跨段，在横向扩挖过程中，下台阶的扩挖会使扩挖临时支撑门架受力快速增大，钢梁衔接位置容易发生应力集中。现场进行横向扩挖施工时，拱顶沉降和净空收敛稳定值均约为9 mm,初支与围岩接触压力最大约为70 kPa,经验算衬砌最大轴向应力为0.354 MPa,围岩变形及支护受力均满足规范要求。双导洞超前-中柱反向扩挖施工方法已经成功应用于青岛胶州湾第二海底隧道进口浅埋超大跨渐变断面段。

关键词

超大跨隧道 / 连续变断面 / 双导洞超前 / 中柱反向扩挖 / 数值模拟 / 现场监测