浅埋小净距隧道围岩压力计算与监测分析

目前，小净距隧道的结构设计仍然采用与普通分离式单洞隧道基本相同的计算方法，围岩压力计算主要以前人工程实践经验为基础，通过统计分析得出荷载计算模式，然后考虑净距的影响和安全储备，将计算荷载进行放大，或将中间岩柱弹性抗力适当减小进行计算[7，8]。当前，对于小净距隧道围岩压力计算理论的研究尚不多见，且均未考虑隧道施工过程的影响[9，10]。实际上，施工过程对围岩压力影响较大，而围岩压力的分布和大小又直接影响了支护参数的选取，理论计算与实际工程不可避免地存在较大差异，这一点已从现场监测结果得到证实[11～14]。因此，从单洞隧道得出的围岩压力研究成果不能直接应用于小净距公路隧道的结构设计。

在公路隧道设计规范[1]的基础上，针对小净距隧道先后施工相互影响的特点，对浅埋小净距隧道的围岩压力进行理论分析和探讨，以建立浅埋小净距隧道围岩压力分析模型和计算方法，为小净距公路隧道结构支护参数的合理设计提供借鉴与参考。

IKOM 和 I?KOM?的重力；T1，T2 为隧道两侧土体对拱顶下沉土柱施加的摩擦阻力；jc为计算内摩擦角；q值参照规范[1]选用。

对该模型作如下解释和假定：

(1) 假设地面为水平面，岩(土)体为连续均匀介质，左右双洞结构对称，水平向平行布置，左右洞先后顺序开挖。

(2) 先行洞开挖时，与规范单洞隧道相同，隧道两侧岩(土)体中形成的破裂面为 2 条与水平面成b1 角的斜直面A?C?和 M?J?，内外侧压力对称分布。

(3) 后行洞开挖时，隧道外侧岩(土)体中形成的破裂面 AC 与水平面交角亦为b1，而在隧道内侧形成的破裂面初步假设为一条与水平成b2角的斜直面MO。分析三角形OJJ?，当后行洞开挖时，其有沿面 JM 向下滑移的趋势，但由于先行洞开挖已引起面OJ?的相对滑移，该面上的黏聚力减弱，通常不会沿面 JO 产生破裂滑动，而会在三角形OJJ?内某处产生张性破裂面，假定此张裂面为竖直面 OK， 即内侧破裂滑动面为 KOM。

(4) 鉴于隧道先后开挖引起三角形OJJ?的滑动趋势，根据土力学原理，竖直张裂面 OK 的法向相互作用力 N 必小于静止土压力，偏于安全，假定该面上法向作用力为 0。

先行洞开挖时，与单洞开挖无异，隧道内外侧围岩压力对称分布，该模式围岩压力计算与规范[1] 计算公式相同，结果如下：

从图 4 可以看出，隧道内外侧垂直压力和侧压力均随埋深增加而增大，且近似呈线性增长；隧道内侧垂直压力大于隧道外侧，而隧道内侧侧压力小于外侧，即小净距隧道存在较明显的偏压作用，且随隧道埋深增加，内外侧压力差值逐渐增大，而当隧道埋深较小时，如 H≤1.0 hq 时，隧道内外侧压力相差不大。

分析隧道实际状况，当埋深较浅时，隧道拱顶通常难以形成承载拱，而随着隧道埋深增大，有逐渐形成承载拱的趋势，这也是规范[1]对隧道埋深进行划分的基本依据之一。虽然在浅埋条件下难以形成完整的承载拱，但在隧道岩柱顶部拱作用仍有可能存在一定程度的发挥，隧道埋深越大，这种趋势和作用也越明显，在围岩压力上即表现为双洞隧道内侧围岩侧向压力的减小，而垂直压力则相应增大，尤其当隧道埋深相对较大时更为明显。

另外，先行洞内外侧垂直压力比值稍大于后行洞，而内外侧侧压力比值则小于后行洞，表明小净距隧道先行洞受力状态比后行洞受力状态差，这与实际施工过程中先行洞受到多次开挖扰动等因素的影响也是基本一致的。因此，结构设计时宜按先行洞的最终受力状态进行计算。

从图 5 可以看出，当隧道埋深一定时，隧道外侧垂直压力、侧压力基本为定值，受隧道净距影响不大；当隧道净距较大时，如 D≥1.0 B 时，隧道内外侧垂直压力、侧压力大小基本相等，随着隧道净距减小，隧道内侧垂直压力逐渐增大，而侧压力则相应减小，尤其当隧道净距 D≤0.5 B 时，内侧围岩压力受净距影响相当显著，对于本算例隧道埋深H = 20 m，隧道内侧垂直压力相对单洞开挖可增大约 16%。

此外，隧道进口 K6+300 断面的围岩压力监测结果也表明，围岩–初衬接触压力最大监测值与理论值非常接近，且压力分布也表现出了中间岩柱侧大于隧道外侧的偏压特征，与计算结果分布规律基本一致[14]。

在接触压力监测过程中，部分监测点接触压力差异表现较大，这与大断面隧道分部开挖、支护分部施作有关，由于后续施工开挖可能引起局部围岩支护接触松弛或挤压；同时，隧道施工的质量、衬砌施作时机以及支护强度等对此也有较大的影响；监测结果整体偏小，与监测仪器埋设相对滞后围岩压力部分损耗也有一定的关系。而理论分析模型中， 假定隧道均为全断面开挖方式，支护条件也较理想化，没有考虑分步开挖、施工条件等因素的影响， 与实际情况不完全相符，这也是大断面小净距隧道围岩压力分析值得深入探讨的方面。

实际工程中，随着衬砌整体施作完成后，围岩衬砌之间相互变形调整，围岩接触压力分布也重新调整而逐渐趋于稳定。整体上看，监测结果在一定程度上揭示和反映了围岩压力分布的规律和特征， 有利于正确认识和分析隧道支护结构受力状态，进而可为小净距隧道支护参数的合理设计提供科学依据和分析方向。

(1) 浅埋小净距隧道存在不同程度的偏压作用，两隧道内侧垂直压力均大于外侧，内侧侧压力则小于外侧，隧道净距越小，内外侧压力差值越大， 偏压越显著；而当净距 D≥1.0 B 后，隧道内外侧压力分布及大小相差较小，偏压现象减弱，围岩压力趋于单洞状态。

(2) 当隧道净距一定时，隧道内外侧压力值随埋深均近似呈线性变化，埋深越大，隧道内外侧压力差值也越大，即偏压作用越显著；而当隧道埋深H≤1.0hq 时，隧道内外侧压力差值相对较小，基本无偏压。

(3) 隧道双洞开挖完毕，先行洞内侧垂直压力最大，后行洞内侧次之，双洞外侧相对最小；而侧压力则是双洞外侧最大，后行洞内侧次之，先行洞内侧相对最小。

（4）一般情况下，小净距隧道后行洞受力状态比先行洞受力状态稍好，但整体上均比按规范洞对称受力状态差，在隧道衬砌结构设计时，宜以相对最不利的先行洞偏压状态围岩压力值进行分析计算，进而综合确定安全合理的结构支护参数。