1、工程概況

　　張石高速公路野狐嶺1#隧道起訖里程為K19+840～K20+400，全長(cháng)560 m，位于野狐嶺段玄武巖臺地區，恰處分水嶺（山脊）和埡口重合地段；該隧道最大埋深位于隧道中部偏后為16.8 m，進(jìn)出口段埋深1～2 m，其余埋深5～8 m，屬于淺埋隧道。隧道圍巖主要為Ⅴ級圍巖，進(jìn)口地段圍巖以強風(fēng)化碎塊狀玄武巖為主，次為亞粘土，地表風(fēng)化強度更強，巖質(zhì)疏松；出口地段主要為弱-強風(fēng)化碎塊狀結構，次為碎石土；中部地段巖石風(fēng)化程度較進(jìn)口段弱，也以強風(fēng)化碎塊狀玄武巖為主。由于巖體風(fēng)化差異，致使疏松巖石與堅硬巖塊相間出現，開(kāi)挖過(guò)程很難控制開(kāi)挖斷面形狀，施工困難。

　　隧道橫斷面采用雙跨連拱斷面設計，凈寬10.25 m，建筑限界高度5.0 m，凈高7.05 m.襯砌斷面采用單心圓方案，半徑為5.43 m，以利于結構受力以及便于施工。隧道平面布置主要服從路線(xiàn)總體走向，采取平曲線(xiàn)，縱坡坡度2.673%.具體尺寸如圖１所示。

　　圖１ 隧道斷面圖

　　Fig.1 The Cross Section of the Tunnel

　　施工中遵循“先支護、后開(kāi)挖、短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉、勤量測”的施工原則進(jìn)行開(kāi)挖施工。對于隧道洞口采用明挖法施工，隧道洞身段采用三導洞先墻后拱法施工，中導洞先行，左導洞滯后中導洞，右導洞滯后左導洞，導洞均采用正臺階法施工，臺階長(cháng)度5-7 m，開(kāi)挖進(jìn)尺按兩榀鋼架間距進(jìn)行。主洞開(kāi)挖先進(jìn)行左洞，右洞滯后左洞7-10 m.主洞開(kāi)挖亦采用臺階法，上臺階分部開(kāi)挖預留核心土。

　　2 、有限元計算與分析

　　采用ansys軟件進(jìn)行計算分析，該軟件可以方便地模擬分部施工過(guò)程和地應力的釋放。

　　1 計算模型的確定

　�。�1）模型的建立

　　計算假定：①隧道的受力和變形為平面應變問(wèn)題；②由于埋深較淺，僅考慮自重應力場(chǎng)。依據圣維南原理，取洞徑的2~3倍作為計算區域，上邊界取至地表面；左、右邊界為水平約束，下邊界為水平和垂直約束。圍巖用二維平面應變單元模擬，超前支護通過(guò)在加固范圍內設置重疊單元并提高其地層的物理力學(xué)參數來(lái)實(shí)現，噴射混凝土用二維平面單元進(jìn)行模擬，二次襯砌則采用梁?jiǎn)卧�模擬[2].網(wǎng)格按靠近開(kāi)挖處較密、遠離開(kāi)挖處較疏的原則劃分，共劃分了1602個(gè)單元，1274個(gè)節點(diǎn)。有限元網(wǎng)格如圖2.

　　圖2 有限元計算模型

　　Fig.2 FEM Model

　�。�2） 計算步驟

　　計算步驟分為12步：1導洞開(kāi)挖及初期支護→2墻澆筑→3導洞開(kāi)挖及初期支護→4主洞上部開(kāi)挖→5主洞上部初期支護→6主洞下部開(kāi)挖及支護→7洞開(kāi)挖及初期支護→8主洞上部開(kāi)挖→9主洞上部初期支護→10洞下部開(kāi)挖及支護→11右洞二次初砌。加上初始應力場(chǎng)的計算共12步。

　　2 計算結果及分析

　　從計算得出的各個(gè)施工階段的最大主應力、最小主應力以及位移量，得出以下分析。

　�。�1）中導洞開(kāi)挖后，導洞拱頂沉降有7mm ；澆筑中墻后，中墻底部的圍巖出現小部分的塑性區，表明底部圍巖有局部的破壞，修筑中墻時(shí)應注意加強基礎。

　�。�2）左洞上部開(kāi)挖后，中墻呈偏壓狀態(tài)，左側墻底受拉，其值為0.96MPa，并未超過(guò)混凝土的抗拉強度；開(kāi)挖區附近圍巖的水平方向的應力重分布情況較明顯。

　�。�3）隨著(zhù)右洞的開(kāi)挖與初期支護后，左、右洞拱腳部位支護混凝土壓應力增長(cháng)較快；中墻受力明顯改善，受力狀態(tài)趨于對稱(chēng)，中墻底部出現拉應力，但其值并未有太大的變化，約為1MPa；左、右洞拱頂均有約4～5mm的沉降。

　�。�4）二次襯砌施作后，從模筑混凝土的受力來(lái)看，仰拱普遍出現拉應力，其值大部分小于0.5MPa，局部出現1.18MPa的拉應力；拱頂也有拉應力出現，但未大于0.6MPa；中墻頂有6.63MPa的壓應力，墻底出現1.01MPa的拉應力。

　　3 、監測內容與結果

　　為評價(jià)承載結構受力狀況，本文結合張石高速公路野狐嶺1#連拱隧道施工，主要做了二次襯砌混凝土內力的量測工作。根據現場(chǎng)情況，本次應變監測點(diǎn)選在K20+355斷面上。具體測點(diǎn)布置如圖4所示。

　　此次的二次襯砌表面應變量測工作選用的儀器是長(cháng)沙金碼高科技實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的JMZX－212智能弦式數碼應變計以及JMZX-200X便攜式綜合測試儀，JMZX－212智能弦式數碼應變計是一種表貼式應變計，根據監測時(shí)期的長(cháng)短，可分別選用膨脹螺釘或粘貼劑將其固定在混凝土結構表面。普通傳感器輸出的均是原始信號（頻率等），而智能弦式數碼傳感器不僅保留了鋼弦頻率的直接輸出功能，而且由于其已將計算方法和標定參數存儲在了傳感器內，因此還可以直接輸出相對應的被測物理量（應變等）。

　　圖4 二次襯砌表面應變測點(diǎn)布置

　　Fig.4 Measuring Points Arrangement on Secondary Lining Surface

　　二次襯砌表面應變量測在拆模后馬上進(jìn)行，準備工作始于2005年8月下旬，量測工作從2005年9月1日開(kāi)始，持續到10月23日（進(jìn)入冬季，天太冷，現場(chǎng)停止大規模施工）。

　　盡管在準備階段對左右洞均布設了測點(diǎn)，但由于施工原因，僅獲得了左洞斷面的量測結果。圖5至圖7為各測點(diǎn)的應變變化情況。

　　實(shí)測結果表明，二次襯砌混凝土應變在量測過(guò)程中變化不大，由虎克定律求得二次襯砌混凝土表面應力值來(lái)看，除左洞拱頂測點(diǎn)存在拉應力外，其余測點(diǎn)均處于受壓狀態(tài)，并且所得拱頂拉應力值在0.6MPa以下；中墻墻身處于受壓狀態(tài)，中墻頂并未出現拉應力。所測二次襯砌在監測斷面上的應力不大，在3~6MPa之間，說(shuō)明施工方案與設計方案是合理的，隧道結構受力狀況良好。

　　4、結語(yǔ)

　　由計算分析結果和監控量測的數據來(lái)看，二次襯砌上的應力總體來(lái)說(shuō)不大，在拱頂及仰拱部位存在著(zhù)一定的拉應力，一般均滿(mǎn)足其抗拉強度，只是仰拱局部出現較大的拉應力。就監測的應力狀態(tài)而言，二次襯砌整體應力不大，隧道結構的受力狀態(tài)良好。監控量測是信息化設計的重要組成內容，也是新奧法復合式襯砌設計、施工的核心技術(shù)。監控量測一方面可以掌握承載結構的動(dòng)態(tài)變化，由此來(lái)預見(jiàn)險情，提前采取有效措施，保證施工安全；另一方面也是為以后的研究提供原始數據，積累工程資料。本文計算所采用的是二維有限元計算，但巖體的開(kāi)挖屬于三維問(wèn)題，巖體的變形也存在空間效應，雖然二維有限元模型在簡(jiǎn)化計算過(guò)程的同時(shí)也能較好的反映巖體的應力和變形，但由于忽略了隧道開(kāi)挖的空間效應，因此僅能得到計算斷面處變形收斂的穩定位移，即最大位移。因此在實(shí)際的施工過(guò)程中應加強對圍巖內部位移、凈空收斂和拱頂下沉的量測，及時(shí)反饋信息，才能確定出襯砌的最佳施作時(shí)機。

　　參考文獻

　　[1] 中華人民共和國行業(yè)標準。公路隧道設計規范（JTG D70-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004.8

　　[2] 趙玉光。雙連拱隧道施工力學(xué)數值模擬與施工方法比選[J].廣西交通科技。2003.4

　　作者簡(jiǎn)介：謝愛(ài)華，女，1981年生，碩士研究生。