偏压连拱隧道围岩压力大小及分布模式研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

浅埋偏压连拱隧道是一种特殊类型的隧道。目前对于该类型隧道的研究多集中于以下几个方面：隧道设计荷载的分析、确定与检测、隧道非对称支护结构的受力分析以及隧道合理的施工布局研究。

一、隧道设计荷载的分析、确定与检测

1. 现阶段常用的研究方法

连拱隧道是一种双洞大跨度隧道形式，其线形流畅、占地面积少、空间利用率高，但其结构形式复杂，受力特征多变。近年来，国内外学者对连拱隧道设计荷载开展了研究。郑文博等基于规范中普通分离式隧松动荷载计算公式，得到了双洞四车道连拱隧道的松动圈范围和松动荷载的合理取值，推导出了半经验半理论的连拱隧道松动荷载。朱正国等应用岩柱理论求得塌落拱曲线方程，并提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压载荷和被动不均匀载荷确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法。李鸿博等基于普氏平衡拱理论，推导了深埋连拱隧道的土压力荷载计算公式，同时，给出了深浅埋连拱隧道的分界埋深及荷载计算公式，形成了连拱隧道深浅埋荷载计算体系。丁文其等根据双塌落拱理论对规范进行修正，认为隧道松动压力的计算值应在半结构宽度与整个开挖宽度相应的松动压力之间取值，并推导了连拱隧道的荷载计算公式。余凡等将连拱隧道整体承载简化为单拱承载计算，取得了较好的拟合效果。申玉生提出了连拱隧道计算跨度应为连拱隧道总跨度减去中墙厚度，并利用规范规定的松动荷载计方式计算围岩压力。然而，连拱隧道往往因为选线原因，大多处于高陡边坡附近。因此，上述许多研究并不一定适用于偏压地形情况，且往往与实际监测情况不符。

1. 更好的拟合方法

基于以上种种方法的缺陷，目前很多学者基于双塌落拱假定，对荷载-结构模型进行改进，考虑边坡对衬砌结构产生的不平衡推力。这种方法认为隧道松动压力的计算值应在半结构宽度与整个开挖宽度相应的松动压力之间取值,提出了一种新的确定连拱隧道荷载的方法并与地层-结构模型、监测数据进行对比，验证改进的连拱隧道结构计算方法的适用性。结果表明，在隧道周边围岩状态较差，隧道开挖可能引起边坡滑移的情况下，改进的结构-荷载模型可以很好地预测隧道结构的危险位置，适用性较好; 对于围岩条件较好或者偏压地形作用不明显时，计算结果相比地层-结构模型以及实测数据更安全，为偏压连拱隧道设计与施工提供依据。

二、隧道非对称支护结构的受力分析

1974年日本在伊祖隧道首次采用连拱隧道结构型式，欧洲同时期也采用了该结构型式，我国最早的连拱隧道为1995年建成通车的广环公路白云山隧道。2004年之后连拱隧道的建设突飞猛进，偏压连拱隧道作为连拱隧道研究热点之一取得了丰硕的成果，其中，刘涛等对偏压连拱隧道围岩的稳定性进行了模型试验和数值分析，对偏压连拱隧道的塑性区分布，偏压对隧道拱部、边墙、中墙的影响情况进行了研究。这些研究主要集中在偏压连拱隧道施工工序优化方面，而偏压条件下连拱隧道非对称支护结构的设计与施工研究较少。在连拱隧道的设计和施工中，由于施工步骤的转换，有时也会使某一侧的隧道受力较大，尤其在浅埋偏压连拱隧道中，该问题尤为严重，如果支护仍按对称结构来设计和施工，对结构的受力和变形不利，同时受力较小的一侧也易造成浪费。王亚琼的文章介绍了在浅埋偏压连拱隧道实体工程中首次采用了非对称支护结构设计理念，采用数值模拟和现场监测进行对比研究，一方面为依托工程提供有效指导，另一方面也可为连拱隧道设计与施工积累经验。

对于浅埋偏压连拱隧道，两侧正洞受力不等，因此，在进行支护结构设计时，应有一定的针对性，对受力较不利的一侧应适当加强支护，对受力较好的一侧应适当减弱支护，即对支护进行非对称设计。从初期支护的受力情况来看，连拱隧道施工步骤对初期支护受力影响较大，在钢支撑受力图上，先施工洞室受力大于后施工洞室，这点与隧道的偏压状态关系不明显。浅埋偏压连拱隧道围岩压力分布与深埋隧道围岩压力分布最大差别在于侧压力，前者侧压力一般较大，尤其是受施工步骤影响，局部侧压力甚至大于垂直压力，因此，在对浅埋偏压隧道围岩压力计算时，宜按圆形洞室径向荷载考虑。隧道二次衬砌右洞先于左洞施工最终左洞平均受力略大于右洞，隧道二次衬砌左洞先于右洞施工，最终左洞平均受力也略大于右洞，说明二次衬砌左右洞施工的空间效应不是很显著，即左右洞的二次衬砌施工相互影响较小。

三、隧道合理的施工布局研究

浅埋偏压连拱隧道左右洞的施工顺序和布局对围岩稳定和支护受力影响较大，为了明确浅埋偏压连拱隧道合理施工顺序，有研究者依托广东省南山路连拱隧道工程，结合现场监测以及数值模拟方法，研究了软弱围岩浅埋偏压连拱隧道左右正洞不同开挖布局时初期支护受力变形规律。通过建立数值模型对先开挖浅埋侧正洞和先开挖深埋侧正洞两种分案下的拱顶沉降、初期支护受力、塑性区分布、中隔墙水平侧向位移及受力等模拟结果的分析，得出:①不管采用哪种开挖顺序，先行洞的拱顶沉降均小于后行洞的拱顶沉降;②后行洞上台阶开挖后为中隔墙倾斜最为严重阶段，隧道施工完成后中隔墙向浅埋侧倾斜;③先行洞的初期支护整体受力较大，后行洞的初期支护受力较小; 受力较大的部位一般在先行洞上台阶与中隔墙连接处以及靠近中隔墙侧拱腰处; ④先开挖浅埋侧正洞方案较优，该方案支护受力变形较小，有利于支护结构的稳定。研究结果指导了现场工程施工，现场监测数据与计算结果较为吻合，研究结论可为类似工程提供参考。

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