近年来为满足国民经济发展的需要，我国的高速公路建设方兴未艾，高速公路路面较宽（一般双幅为24m），在通过山岭时传统的方法是采用上、下行分离式隧道的形式，这样路基在进洞前上、下行线过早地分离，既占用耕地又增加了洞外工作量。在地质条件基本许可、土地使用昂贵，且路线分离困难时，多采用联拱隧道的形式。联拱隧道显然有节约土地、与公路联线容易、节省投资、外形美观的独特优点。但由于其高跨比很小(H/ B< 0.4)，使其受力结构复杂，施工工艺困难（隧道开挖和支护相对于分离式隧道要复杂得多），且对施工工艺方法与程序有严格要求，结构分析不合理或施工方法与工艺不当将极有可能造成联拱失败、大面积垮塌等危害，尤其在复杂地质条件下，轻则可能造成进度缓慢、影响全线工程工期、大量增加投资，重则可能造成隧道报废，另选线路。所以结合具体工程项目对高速公路隧道建立起可靠、适用的本构模型并进行结构分析，用以控制、指导联拱隧道的施工工艺将显得尤为重要，这也是目前国内外隧道工程界研究的主要方法。

　　目前，国内外修建高速公路隧道在线路条件许可的情况下多采用分离式上、下行隧道的形式，主要是为避免临近隧道平行开挖所引起的应力叠加，这种应力叠加作用常常造成联拱隧道侧壁位移大变形，甚至联拱失败。同时联拱隧道修建时辅助项目较多，临时工程较大，其成本是分离式隧道的3倍左右。因此除非在土地使用非常昂贵，且路线分离十分困难时，才采用联拱隧道的形式。这也是目前联拱隧道在国内外修建还很少的主要原因，投入这方面的研究自然也非常少，应该说联拱隧道的结构分析理论及施工工艺控制研究还很不完善。

　　1、 联拱隧道结构分析

　　传统的双联拱隧道施工工序是：首先开挖并支护中导坑、中隔墙的浇注与顶部及侧部的回填、一侧导坑的开挖与支护并施作二次衬砌、另一侧导坑的开挖与支护并施作二次衬砌、一主洞上导坑的开挖与支护并施作二次衬砌、该主洞核心土的开挖与仰拱的施作、另一主洞上导坑的开挖与支护并施作二次衬砌、该主洞核心土的开挖与仰拱的施作。此工序在施工过程中的围岩变形较小，应力分布状态也比较合理。但施工步骤过多、工序复杂、工期过长。同时，高速公路联拱隧道是一项投资巨大的工程项目，一般投资每延米在10万元左右。因此，对双联拱隧道进行结构分析及对围岩体进行动态模拟其不同施工阶段的应力—应变状况；模拟分析不同的施工工序对围岩体应力—应变的影响，在保证隧道围岩稳定及施工安全的前提下，以优化联拱隧道施工工序，合理分配人员、设备及材料，缩短工期，降低工程造价，创新发展一些与具体工程相适应的优化施工方案具有重要的理论意义和经济效益。

　　1.1、计算模型

　　本课题以湖北省襄（樊）~十（堰）高速公路某双联拱隧道为例，采用弹塑性有限元方法来分析模拟各施工阶段双联拱隧道应力场及位移场分布状况。有限元计算结果是否符合实际以及可信度的大小取决于地质原型的正确抽象，为保证计算的可靠性，本模型的边界范围取为隧道有效高（宽）度的3倍。根据工程地质勘察报告中工程场地内岩土体的物理力学参数特性，本次数值模拟将该隧道区内岩土体分为3层，依次为：表层耕植土层、强风化钠长石英片岩及中风化钠长石英片岩层。模拟过程中岩石锚杆采用锚杆单元模拟，钢拱架采用梁单元模拟，初期支护与二次衬砌之间的防水层则采用接触面单元（Sharma’s Joint Element）进行模拟。

　　隧道开挖过程在力学上而言实际是一个应力释放及应力重分布的过程，分步开挖的步数及开挖顺序将影响围岩体的应力—应变过程的状态，也将影响最终的应力—应变场。本课题研究将释放应力作为等效荷载施加在开挖后的隧道结构上分析模拟其力学行为，物理模型采用弹塑性分析中常用的应变增量理论为基础的非线性平面应变弹塑性Mohr—Coulomb模型，计算模型如图1所示。

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