以沙湾大断面隧道为研究背景，应用ANSYS有限元软件，釆用释放荷载法，研究支护封闭的快慢对双侧壁导 坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析，得到了支护 封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离，使支护尽快封闭，有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态，模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接 触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象，受到 了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。

关键词:大断面隧道;双侧壁导坑法;支护封闭时间;加固围岩;有限元

随着隧道建设技术的迅猛发展,为了更好满足 日益增长的交通流量和交通条件，大断面形式的隧 道日益增多。但是由于出现时间短，目前大断面隧 道的设计、施工没有足够的可供借鉴的经验，还有很 多有待解决的难题。

目前大断面隧道主要开挖方法有台阶法、环形 开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中隔壁法（CD 法）、交叉中隔壁法（CRD法）。对于围岩差、断面跨 度大、地表沉降控制要求严格的隧道,常常采用双侧 壁导坑法。

双侧壁导坑法能够很好的控制围岩的变形，由 于双侧壁导坑法在所有开挖方法中安全性最为突 出，在地质条件差的隧道开挖中经常被采用，对于恶 劣的地质条件，应注意每个细节,最大限度的提高施 工过程中的安全性。

目前国内对双侧壁导坑法的研究主要集中在以 下方面:双侧壁导坑法对围岩变形控制的模拟分析, 王志等⑴通过三维有限元方法对前黄隧道下穿甬台温高速公路段进行了分析，结果表明，双侧壁导坑 法对路面及隧道拱顶的沉降有很好的控制作用。双 侧壁导坑法施工工序很多，现在很多研究通过对各 工序的分析优化施工方案,如调整作业导坑的 断面，可有助于发挥机械的作用，提高施工的进度， 再如设计合理的核心土厚度，能很好的改变隧道的 受力条件，增强施工过程中围岩的稳定性。张国华 等⑷分析了双侧壁导坑法中多釆用的推进式往复 爆破作业，研究表明爆破对岩体的损伤效应很突出, 在施工过程中应该应用多种控制爆破技术控制对岩 体的损伤。操太林⑸经过对多种施工方法的对比 研究与工程实践证明，得出双侧壁导坑法在某些特 殊地段施工中的最佳方案，在很多大断面隧道的施 工中被采用。

以上对双侧壁导坑法的研究已经涉及了很多方 面，但是目前支护封闭的快慢对双侧壁导坑法的隧 道稳定性的影响的研究还很少，本文就此方面做了 一些工作。

笔者应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载 法，对沙湾大断面隧道双侧壁导坑的开挖过程进行 了数值模拟。

计算模型如图lo隧道断面宽20. 16 m,高 15.01 m,埋深15 m,位于V级围岩。初次衬砌为 C25混凝土，厚度为0. 35 m；二次衬砌为C35混凝 土，厚度为0.8 m；锚杆釆用R32N自进式锚杆，拱顶 和侧壁上的锚杆长取4 m,中隔壁锚杆长取2. 5 m；临时钢架釆用工字钢I 20b。横向计算范围：自隧道 中心左右各取75 m；竖向计算范围：隧道拱部以上 取15 m,仰拱以下取30 m。边界条件:底部约束，左 右边界加侧压力，侧压力系数取0.8⑹。通过改变 围岩参数等效模拟锚杆加固围岩效应和注浆加固围 岩效应。临时钢架支护、初衬和二衬都用实体单元 模拟。计算中围岩材料的屈服准则釆用D-P准则。计算参数⑺如表1。

开挖断面如图2。双侧壁导洞法有18步工序, 主要施工顺序为:左导洞上部①开挖;左导洞上部① 锚杆、初衬及临时钢架设置;左导洞下部②开挖;左 导洞下部②锚杆、初衬及临时钢架设置;右导洞上部 ③开挖;右导洞上部③锚杆、初衬及临时钢架设置; 右导洞下部④开挖;右导洞下部④锚杆、初衬及临时 钢架设置;中部导洞上台阶左部⑤开挖;中部导洞上 台阶左部⑤锚杆、初衬；中部上台阶右部⑥开挖；中 部上台阶右部⑥锚杆、初衬;中部导洞中间台阶⑦开 挖;中部导洞中间台阶⑦临时横撑设置;中部导洞下 台阶⑧开挖;中部导洞下台阶⑧初衬;拆除临时钢架 支护;全断面二次衬砌。根据以上施工过程,将计算 过程分为18个步骤。文章对双侧壁导坑法进行了 3种工况的研究，见表2。

通过对工况1和工况2的研究结果，对比分析 了隧道整个断面初期支护封闭的快慢对隧道稳定性 的影响。工况3是在前两种工况研究的基础上对双侧壁导坑法的一种优化。

支护封闭的快慢用荷载释放的比例进行模拟。支护封闭得快,表示支护离掌子面的距离短，反之支 护离掌子面的距离就远⑻。模拟过程中通过调整 各计算步的荷载释放率来反映支护封闭的快慢。

如图2,将开挖断面分为了 8个部分开挖，在第 ，个面开挖时将产生该面的释放荷载气。=1 ~8), 随着掌子面的推进，该释放荷载将逐步释放完成。工况1和工况2各计算步的荷载释放率见表3。

由图3和图4可见，工况2支护封闭快,拱顶沉 降量为1. 1 mm,边墙中点水平位移为-0. 52 mm, 隧道洞身变形量最小;工况1支护封闭较慢，拱顶沉 降量都大约为2. 71 mm,边墙中点水平位移大约为 -0.83 mm,都大于工况2。从拱顶沉降和洞身变形 量来分析，工况2能更好的控制拱顶沉降和隧道洞 身变形。

通过对围岩的塑性区大小的比较，工况1在拆 除临时钢架支护时，临时钢架与围岩接触点附近的 围岩会出现较大的塑性区域，其中最大深度为3 m 左右，最大宽度为4 m左右;在工况2中，加快了支 护封闭速度，塑性区面积有所减少。在临时钢架支 护上部与围岩的接触点的塑性区消失,下部接触点' 的塑性区减小,但依然有较大塑性区。

由图7、图8及表4可以看出，初衬在临时钢架 支护下端与初衬接触点有应力集中现象，出现了很 大的拉应力，其中工况1所受最大拉应力为3 MPa, 工况2为2.2 MPa；初衬在边墙上与二衬的接触部 位承受较大的压应力，工况1所受最大受压应力为 -5.4 MPa,工况2为-5. 3 MPa。可见加快支护封 闭的速度能适当的减小初衬所受的应力。

综上所述,加快支护封闭的速度能改善受力条 件，提高隧道的稳定性。但是单纯的加快支护封闭速 度不能完全避免围岩塑性区的岀现和大幅度的减小 初衬所承受的应力，这还需要进行另外的优化措施。

为了进一步改善隧道的受力条件，对加固临时 钢架支护与初衬接触点附近围岩后的隧道的受力状 态进行分析，记为工况3。工况3的主要施工步骤 与上述双侧壁导坑法施工工序一样，不同之处如图 9。在①部锚杆、初衬及临时钢架设置前，对临时钢 架上端附近的围岩采用注浆或加密锚杆的方式进行 加固,面积是自端点左右各1.35 m范围内，深2. 5 m（图9中I部）；在②部锚杆、初衬及临时钢架设置 前，对临时钢架下端附近的围岩釆用注浆或加密锚 杆的方式进行加固，面积是自端点左边3.58 m至右 边0.5 m范围内，深4 m（图9中II部）；同理，根据 对称性,③和④部的加固区域如图9中HI部和IV部 所示。工况3的荷载释放方式与工况1相同。

工况3的拱顶沉降与洞身变形量与工况1大致 相同。工况3在加固围岩之后围岩没有出现塑性 区,从初衬应力来看,初衬与临时钢架支护下端接触 点的最大拉应力为1.5 MPa,边墙上初衬与二衬接 触部位的最大受压应力为-5.7 MPa。可见在加固 围岩之后,不仅洞身周围围岩没有出现塑性区，而且 初衬受拉应力也减小了很多，受力情况得到了改善。

通过以上分析，得出以下结论：

1) 隧道开挖后的支护封闭得快，能更好的控制 拱顶的沉降量和隧道洞身的变形量，有利于提高施 工过程中隧道的稳定性,为了使支护尽快封闭，施工 中应尽量缩短各开挖面的距离。

2) 施工过程中，在临时钢架支护下端与初衬的 接触点附近出现了应力集中现象，受到了很大的拉 应力，这些接触点部位的初衬可能出现开裂,施工过 程中应釆取预防措施，避免引起隧道破坏。

3) 双侧壁导坑法施工中，通过注浆或施作锚杆 的方式加固临时钢架支护与初衬接触点附近的围岩 能减少或者避免塑性区，更充分的利用围岩的自承 能力，改善了隧道的受力条件，保证隧道洞室的稳 定。