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摘要：快速的经济发展带来了与日剧增的交通量，高速公路中，以往修建的双向四车道或者双向六车道隧道已经逐渐无法满足需要，工程中可以通过增加行车道数来解决这一问题，因此双向八车道公路隧道应运而生。双向八车道公路隧道开挖断面大，往往无法采用全断面的方式进行开挖，需要采用分部开挖法，在多年的工程实践中，隧道工作者提出了很多种分部开挖法，比较常见的有CD法、CRD法、上台阶CD法。本文通过分析山东某高速公路双向八车道公路隧道V级围岩断面监控量测实测数据，并对比以上三种工法的数值模拟结果，提出了适用于超大跨度隧道V级围岩一般段的合理的施工工法。
关键词：超大跨度隧道；施工工法；监控量测；数值模拟
超大跨度隧道在国外发展起源较早，1981年，德国工程师首先创立了CD法和CRD法，在慕尼黑地铁的修建过程中，这两种工法得到了实践，成果突出，取得了比较好的社会反响。1984年，日本修建了大跨度隧道——真米隧道，该隧道施工时引进了CD法。1989年日本开始修建新东名高速公路，该公路沿线共有36座超大跨度隧道，施工过程中，相继使用了CD法、CRD法、长台阶法、TBM导坑超前开挖法。20世纪90年代末，我国高速公路建设方兴未艾，超大跨度隧道的修建也在这一时期如火如荼地展开，比较有代表性的超大跨度隧道有贵州凯里大阁山公路隧道[1]以及深圳雅宝隧道，特别值得提出的是，雅宝隧道是我国修建的第一条双向八车道公路隧道[2]。近几年，我国又相继出现了一大批的超大跨度公路隧道。[3]
1.上台阶CD法施工断面监控量测结果分析
本文依托工程为山东某双向八车道高速公路隧道，该隧道变形监控量测断面有三个，桩号分别为YK100+010、YK100+015、YK100+020，其中YK100+015断面同时又是应力应变监测断面。隧道在本段埋深50m，围岩级别划分为V级一般段，围岩属于强—中风化灰岩、泥灰岩，岩体极破碎，该断面采取上台阶CD法施工。
（1）净空收敛
对YK100+015断面净空收敛时态曲线图进行分析。主洞拱腰和拱脚收敛变化趋势相同，经历逐渐增大到相对稳定的过程。同时可以看出先导拱腰和拱脚处的收敛要大于主洞拱腰和拱脚的收敛。
（2）拱部沉降
拱部各点在开挖后沉降变化趋势相近，呈现出迅速增大—逐渐增大—趋于稳定的变化趋势。同时可以看出，因为下导坑的开挖和后导的开挖错开时间较短，短时间内全断面便开挖完成，这使得隧道拱部各点在这一期间发生了明显的变形，由此可知，在实际施工过程中，我们要严格控制各工序的开挖距离，避免同一断面各工序集中开展，以减小拱顶沉降量。
（3）喷射混凝应力
喷射混凝土在边墙处全部受压，在墙脚和仰拱处全部受拉，断面最大压应力出现在右边墙，为2.3MPa，最大拉应力出现在左拱腰，为6.8MPa。其中左侧墙脚、仰拱偏左、仰拱偏右、和左拱腰处喷射混凝土所受的最大拉应力均已经超过了混凝土的最大抗拉强度。
监测断面各测点喷射混凝土应力在埋设初期变化最迅速，仰拱施作后，各监测点应力增长幅度不大，从而可以看出初期支护及时封闭成环能够有效改善支护结构的受力状态。二次衬砌的施作使得各监测点混凝土应力值有小幅度波动，随后又趋于稳定。
（4）钢架应力
钢架应力沿断面分布不对称，钢架中既存在拉应力又存在压应力，在左右边墙和拱顶偏左钢架应力较大。钢架外侧最大压应力出现在拱顶偏右，为59MPa，钢架内侧最大压应力出现在右侧边墙，为109MPa；钢架外侧最大拉应力发上在左拱脚，为109MPa，钢架内侧最大拉应力出现在拱顶偏左，说明钢架所受最大拉应力均未超过钢材的设计屈服强度（235MPa），说明初支钢架处于合理受力状态。
监测断面各测点钢架的应力值均是在钢架立架短期内迅速增长到一个较大值，随后增长速率逐渐放缓并趋于稳定。仰拱施作以后钢架应力基本不再发生变化，可见初期支护封闭成环可以有效控制钢架的应力发展，改善初期支护整体受力状态。二次衬砌施作后，钢架应力出现了短暂的小范围浮动，15天以后3趋于稳定，这是由于二次衬砌模筑混凝土的水泥水化热造成的。
（5）纵向连接筋应力
纵向连接筋有的受拉应力，有的受压应力，最大拉应力发生在左拱脚，为18MPa，最大压应力发生在拱顶，为17MPa，最大拉、压应力数值都不大，都较为接近，仅占钢材极限屈服强度的4.5%。
纵向连接筋应力在埋设初期增长较快，后导的开挖和临时支护的拆除对各测点纵向连接筋应力值影响较小，二次衬砌施作后10天内，各测点由于水泥水化热的印象，钢筋应力发生小范围波动，10天以后趋于稳定。
2.V级围岩一般段不同工法对比
建模时选取该隧道YK100+015断面，该处隧道埋深50m。模型在左右边界和下边界都取3.5倍洞径，上边界取到地表覆盖层50m，并假设地表水平。
（1）各工法数值模拟结果围岩位移对比
上台阶CD法拱部沉降和最大开挖线处的收敛最大。以上台阶CD法为标准，CD法相对于其在拱顶、拱顶偏左、拱顶偏右和最大开挖线处的值相对减小20%、8%、13%和19%，CRD法相对其分别减小27%、20%、20%和60%。虽然上台阶CD法施工时拱部沉降和最大开挖线处的收敛值相对较大，但这三种施工方法情况下，围岩变形量均远小于《公路隧道设计细则》V级围岩预留变形量150~250mm。
（2）各工法数值模拟结果初期支护内力对比
（1）采用上台阶CD法施工时，初期支护全部受压，且呈现拱部大，仰拱小的特点。喷射混凝土所受最大压应力为10.6MPa，钢架所受最大压应力为97MPa。
（2）采用CD法施工时，初期支护全部受压，呈现先导压力大于后导的特点。喷射混凝土所受最大压应力为9.1MPa，钢架所受最大压应力为83MPa。
（3）采用CRD法施工时，初期支护全部受压，且整体受力均匀。喷射混凝土所受最大压应力为10.1MPa，钢架所受最大压应力为92MPa。
（4）对比三种工法施工下的初期支护应力可以发现，喷射混凝土应力和钢架应力的最大值均要小于喷射混凝土的抗压强度（12.5MPa）和钢架的抗压强度（375MPa），且喷混和钢架的最大应力值相差不大；同时可以发现采取上台阶CD法进行施工时，喷混所受压应力较大，且快要超过喷混抗压能力，因此如果现场采取上台阶CD法进行施工时，应加强现场监测。
结语
通过上述分析可知，V级围岩一般段采取上台阶CD法进行施工时，初期支护变形和应力均比其余两种施工方法要大，但是均在安全的范围内。上台阶CD法相对于其它两种方法对于材料的需求量更少，相对更为经济。隧道在采取上台阶CD法施工过程中，应该加强现场监控量测，及时地掌握围岩和支护的动态信息，若发现监测数据出现异常，应及时转换工法或者加强支护，而上台阶CD法与其他工法之间的相互转换更为方便。
参考文献
[1]梁广山,穆永军. 超大跨度公路隧道施工工法转换方案及工期分析[J]. 筑路机械与施工机械化, 2020, v.37;No.307(08):55-58.
[2]朱浮声, 李立新, 万明富. 大跨度浅埋隧道开挖与支护技术[C]// 2006年中国交通土建工程学术研讨会. 2006.
[3]侯福金. 超大跨度水平层状围岩隧道变形机理与稳定性控制[D]. 山东大学, 2020.