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隧道与地下工程灾害防治
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特大跨连续变断面隧道“双导洞超前+中柱反向扩挖”施工力学行为研究
王圣涛1,陈鹏涛2,刘爱武1,孙文昊3,张俊儒2*
(1.中国中铁四局集团有限公司,安徽 合肥 230002;2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;3.中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063)
Study on construction mechanics behavior of extra-large span continuous variable cross-section tunnels using "dual guide tunnel advance + central column reverse excavation" method
WANG Shengtao1, CHEN Pengtao2, LIU Aiwu1, SUN Wenhao3, ZHANG Junru2*
(1.China Tiesiju Civil Engineering Group, Hefei 230002, Anhui China; 2.Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu  610031, Sichuan China; 3.China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, Hebei China)
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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,可以极大地提升施工效率,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,可为后续的分岔隧道并线形成的连续变断面隧道施工提供借鉴和参考。
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王圣涛
陈鹏涛
刘爱武
孙文昊
张俊儒
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    
Abstract: Using the section where the main line and ramps merge into the super-large span continuous variable cross-section of the second Qingdao Jiaozhou Bay Subsea Tunnel, this paper proposes a 'dual guide tunnel advance + central column reverse excavation' construction method under specific conditions to ensure the excavation construction stability of shallow-buried, large-span, continuously variable cross-section tunnels. The method's rationality and effectiveness are validated through finite element analysis and field monitoring data. The results showed that: Maintaining the original design's excavation partitions and using the proposed method could significantly enhance construction efficiency, with deformation and stress on the tunnel support structure within acceptable limits, ensuring structural safety and stability. Numerical simulation analysis showed that the reverse excavation of the central guide tunnel caused a rapid increase in the uplift of the invert, and stress concentration was likely to occur at the side walls of the tunnel, especially in the large-span section. During lateral excavation, the excavation of the lower bench significantly increased the load on the temporary support gantry, and stress concentration was prone to occur at the joints of the steel beams. During lateral expansion construction, the crown settlement and clearance convergence stabilized at approximately 9 mm, the initial support and surrounding rock contact pressure reached up to 70 kPa, and the maximum axial stress on the lining calculated empirically was about 0.354 MPa, with surrounding rock deformation and support stress meeting the standards. The 'dual guide tunnel advance + central column reverse excavation' method had been successfully applied to the entrance section of the second Qingdao Jiaozhou Bay Subsea Tunnel, providing a reference for the construction of subsequent continuously variable cross-section tunnels formed by merging forked tunnels.
Key words:  large-span tunnel    continuously variable cross-section    dual guide tunnel advance    central column reverse excavation    numerical simulation    field monitoring
收稿日期:  2024-06-18      修回日期:  2024-07-31      发布日期:  2024-08-05     
中图分类号:  U455  
基金资助: 中铁四局集团重大课题资助项目(2023-05)
通讯作者:  张俊儒(1978—),男,山西神池人,教授,博士生导师,博士,主要研究方向为隧道及地下工程。    E-mail:  jrzh@swjtu.edu.cn
作者简介:  王圣涛(1973—),男,安徽寿县人,教授级高级工程师,主要研究方向为土木工程研究与管理。E-mail:761956344@qq.com
引用本文:    
王圣涛, 陈鹏涛, 刘爱武, 孙文昊, 张俊儒. 特大跨连续变断面隧道“双导洞超前+中柱反向扩挖”施工力学行为研究[J]. 隧道与地下工程灾害防治, .
WANG Shengtao, CHEN Pengtao, LIU Aiwu, SUN Wenhao, ZHANG Junru. Study on construction mechanics behavior of extra-large span continuous variable cross-section tunnels using "dual guide tunnel advance + central column reverse excavation" method. Hazard Control in Tunnelling and Underground Engineering, 0, (): 1-11.
链接本文:  
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