不同坡度TBM隧道施工對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定性的影響

楊馨茹，段燦，薛子斌，邱瓊，李冉，于廣明

(1.青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 青島 266033；2.山東省高等學(xué)校藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū) 工程建設(shè)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 青島 266033；3.中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 401320)

近些年來(lái)，城市軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速。由于受到城市規(guī)劃以及建、構(gòu)筑物的限制，使得軌道交通的線(xiàn)路越來(lái)越復(fù)雜，因此出現(xiàn)了許多在大坡度等特殊區(qū)段施工的隧道。但是TBM在有坡度地段施工時(shí)與在平坡段施工不同，其掘進(jìn)難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高。千斤頂推力過(guò)大或過(guò)小就會(huì)引起開(kāi)挖面土體超挖或欠挖，嚴(yán)重時(shí)甚至造成開(kāi)挖面失穩(wěn)。針對(duì)大坡度條件下TBM隧道施工時(shí)的開(kāi)挖面穩(wěn)定性問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。

蒙曉蓮[1]、趙丹[2]通過(guò)建立力學(xué)模型和運(yùn)用FLAC3D軟件，分析了盾構(gòu)機(jī)在有坡度路段掘進(jìn)時(shí)開(kāi)挖面和周邊地層的位移和應(yīng)力的變化規(guī)律；白洋等[3]通過(guò)合理模擬平坡段、變坡點(diǎn)與上坡段三區(qū)段，研究了大坡度淺埋隧道地表橫斷面與縱斷面變形規(guī)律，預(yù)測(cè)大坡度段隧道施工所產(chǎn)生的地表沉降量、沉降范圍和沉降變化速率等參數(shù)值；鄧尤東等[4]分析了復(fù)合式TBM在大縱坡隧道掘進(jìn)過(guò)程中不均勻千斤頂推力作用下產(chǎn)生的附加作用力特征，并探究了管片結(jié)構(gòu)在附加作用力影響下內(nèi)力分布規(guī)律及其變形的薄弱區(qū)域，以及管片結(jié)構(gòu)變形甚至破壞的表征；周峻等[5]建立了盾構(gòu)機(jī)在迎坡掘進(jìn)時(shí)的開(kāi)挖面極限支護(hù)壓力理論公式，并利用有限元軟件進(jìn)行模擬，得出開(kāi)挖面極限支護(hù)壓力隨坡角的增大而增大；張成龍[6]通過(guò)分析盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)對(duì)掘進(jìn)的影響，得出縱坡地段盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的難點(diǎn)在于精準(zhǔn)控制推力的大小和方向；彭鵬[7]運(yùn)用有限元軟件并通過(guò)設(shè)置不同坡角來(lái)模擬了隧道在縱坡地段施工時(shí)圍巖的變形，得出此地區(qū)的圍巖變形規(guī)律；眾多學(xué)者[8-11]通過(guò)計(jì)算開(kāi)挖面的極限支護(hù)壓力，推導(dǎo)出了開(kāi)挖面穩(wěn)定的極限狀態(tài)方程，總結(jié)出縱坡地段的開(kāi)挖面穩(wěn)定性的規(guī)律。

綜上所述，與平坡段相比，TBM在縱坡地段掘進(jìn)時(shí)更為困難，如何保證開(kāi)挖面穩(wěn)定是目前亟需解決的一大難題。因此本文以重慶軌道交通九號(hào)線(xiàn)鯉魚(yú)池站—?jiǎng)⒓遗_(tái)站區(qū)間縱坡段為例，設(shè)定隧道的坡度為10‰、30‰、40‰及50‰，并采用MIDAS有限元軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，得出在不同坡度情況下TBM隧道施工時(shí)開(kāi)挖面巖土體的應(yīng)力及位移分布規(guī)律，從而采取相應(yīng)合理的施工措施。研究成果對(duì)重慶縱坡隧道施工時(shí)的開(kāi)挖面穩(wěn)定性問(wèn)題具有重要的指導(dǎo)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，也可為類(lèi)似大坡度隧道施工的實(shí)際工程項(xiàng)目提供借鑒。

1 鯉劉區(qū)間縱坡段隧道工程概況及開(kāi)挖面穩(wěn)定性原理分析

1.1 工程概況

重慶市地鐵九號(hào)線(xiàn)劉家臺(tái)站—鯉魚(yú)池站區(qū)間處于迎坡路段，巖土類(lèi)型從上至下依次為填土、砂質(zhì)泥巖和砂巖，隧道處于砂質(zhì)泥巖中，地質(zhì)剖面圖如圖1所示。

圖1 地質(zhì)剖面圖

劉家臺(tái)站—鯉魚(yú)池站區(qū)間為雙線(xiàn)雙洞隧道，線(xiàn)路全長(zhǎng)919.509 m，其中460 m采用復(fù)合式TBM施工，單心圓斷面，隧道內(nèi)徑為5.9 m，擬采用鋼筋混凝土襯砌。TBM開(kāi)挖直徑為6.85 m，隧道襯砌管片外徑為6.6 m，內(nèi)徑為5.9 m，厚度為0.35 m，進(jìn)深1.5 m。本區(qū)間隧道縱斷面呈V形，坡度為2‰～46‰。隧道拱頂埋深為25.25 ～29.50 m。

1.2 開(kāi)挖面穩(wěn)定性原理分析

TBM掘進(jìn)時(shí)維持開(kāi)挖面穩(wěn)定的原理是通過(guò)作用在刀盤(pán)上的壓力F與開(kāi)挖面土體壓力P相平衡的方法來(lái)保持開(kāi)挖面穩(wěn)定。如圖2所示，當(dāng)FPmax時(shí)，開(kāi)挖面就會(huì)出現(xiàn)塌方以至于失穩(wěn)。隧道洞周巖土體因隧道開(kāi)挖而受到擾動(dòng)，巖土體的極限平衡狀態(tài)被打破，土中應(yīng)力得以釋放。當(dāng)巖土體處于二次平衡狀態(tài)時(shí)，應(yīng)力發(fā)生重分布現(xiàn)象，進(jìn)而引起巖土體的位移形式發(fā)生改變。

圖2 TBM維持開(kāi)挖面穩(wěn)定示意圖

由于TBM自重大，與平坡段隧道施工相比，當(dāng)TBM迎坡向上掘進(jìn)時(shí)，其自身重力沿坡度方向會(huì)有一個(gè)分力F1，方向與掘進(jìn)方向相反，在分力的作用下TBM前方刀盤(pán)易與開(kāi)挖面發(fā)生分離，導(dǎo)致開(kāi)挖面巖土體產(chǎn)生變形。當(dāng)TBM正常掘進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)會(huì)與前方巖土體緊密貼實(shí)保持壓力平衡，而當(dāng)TBM刀盤(pán)與開(kāi)挖面發(fā)生分離時(shí)，掘進(jìn)中的刀盤(pán)與前方巖土體不能緊密貼實(shí)，故不能為開(kāi)挖面提供足夠的支撐壓力，如圖3所示。整個(gè)過(guò)程是刀盤(pán)先與開(kāi)挖面巖土體接觸而后發(fā)生分離，這就相當(dāng)于是對(duì)開(kāi)挖面巖土體先進(jìn)行加載然后對(duì)其進(jìn)行卸荷，因此使得開(kāi)挖面前方巖土體在側(cè)向土壓力作用下向兩側(cè)移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致兩拱腰位置處產(chǎn)生水平位移，豎直方向上拱頂產(chǎn)生豎向沉降，拱底發(fā)生隆起現(xiàn)象，使得開(kāi)挖面巖土體發(fā)生橢圓化變形，不利于開(kāi)挖面的穩(wěn)定，如圖4所示。

圖3 TBM迎坡掘進(jìn)開(kāi)挖面受力圖 圖4 隧道邊界橢圓化變形模式

2 不同坡度下TBM隧道施工對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬

2.1 縱坡段TBM隧道三維模型的建立

針對(duì)大縱坡TBM隧道施工時(shí)開(kāi)挖面穩(wěn)定性問(wèn)題，本文采用Midas GTS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析。為方便三維實(shí)體模型的建立和邊界條件的確定，本文設(shè)定如下基本假定：(1)將地層視為半無(wú)限空間體；(2)視巖土體為均質(zhì)的、各向同性的連續(xù)介質(zhì)；(3)只考慮自重應(yīng)力場(chǎng)?；谏鲜黾俣?，模型中的地層下表面施加固定端約束，左右表面施加X(jué)方向約束，前后表面施加Y方向約束，地表面為自由邊界。模擬時(shí)考慮巖土體自重應(yīng)力的作用，且重力荷載系數(shù)取9.807 m/s2。其中，巖土體采用莫爾—庫(kù)倫彈塑性模型，管片襯砌采用實(shí)體彈性模型。隧道拱頂距地面的距離取25 m，根據(jù)已有的研究成果可知隧道影響范圍為3D～5D(D為隧道的直徑)，所以本文建立的三維模型尺寸為90 m×30 m×60 m?？v坡段隧道的三維網(wǎng)格圖如圖5所示。

(a)三維模型網(wǎng)格劃分圖

2.2 物理力學(xué)參數(shù)選取

隧道主體位于砂質(zhì)泥巖中，上覆土層為素填土，下覆砂巖夾砂質(zhì)泥巖，本模型中取下覆巖體為砂巖。巖土體及管片的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖土體及管片的物理力學(xué)參數(shù)表

2.3 模擬所需的工況界定

工況1：依托重慶大縱坡TBM隧道工程實(shí)例，建立三維模型進(jìn)行分析，該隧道線(xiàn)路坡度為10‰，將模型的分析過(guò)程分為以下階段，第1階段：初始地應(yīng)力的計(jì)算，并將該階段計(jì)算得出的位移清零，以模擬地層的初始應(yīng)力場(chǎng)，減小模型的計(jì)算誤差；第2至4階段：將左線(xiàn)隧道的1～7環(huán)、8～14環(huán)、15～20環(huán)所對(duì)應(yīng)隧道內(nèi)土體鈍化，并激活相應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)；第5至7階段：將右線(xiàn)隧道的1～7環(huán)、8～14環(huán)、15～20環(huán)所對(duì)應(yīng)隧道內(nèi)土體鈍化，并激活相應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)。

工況2—工況4：設(shè)定隧道線(xiàn)路坡度依次為30‰、40‰及50‰。模型尺寸、分析階段均與工況1一致。

3 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析

3.1 大坡度TBM隧道開(kāi)挖面主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與分析

由于隧道為雙洞雙線(xiàn)隧道，所以本文在左線(xiàn)、右線(xiàn)隧道中各選取兩個(gè)掌子面分析開(kāi)挖面應(yīng)力變化規(guī)律，兩掌子面分別位于隧道開(kāi)挖至10.5 m和21 m處。提取各工況下不同掌子面處的最大、最小主應(yīng)力值，見(jiàn)表2。

表2 各工況最大、最小主應(yīng)力值

由表2可以看出，在同一坡度值下，左線(xiàn)隧道掌子面2上的最大、最小主應(yīng)力值相較于掌子面1上的最大、最小主應(yīng)力值小，右線(xiàn)也呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)樵赥BM掘進(jìn)過(guò)程中，開(kāi)挖面前方巖土體在開(kāi)挖卸荷作用下出現(xiàn)應(yīng)力重分布現(xiàn)象，并且隨著開(kāi)挖的不斷進(jìn)行，巖土體達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)。當(dāng)TBM掘進(jìn)到掌子面2位置時(shí)，此時(shí)開(kāi)挖面巖土體的應(yīng)力比初始應(yīng)力小，因此受到的擾動(dòng)較先前小，即表現(xiàn)為最大、最小主應(yīng)力值減小。

3.2 大坡度TBM隧道開(kāi)挖面軸向應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與分析

為進(jìn)一步分析大坡度TBM隧道施工時(shí)開(kāi)挖面的Y軸(隧道掘進(jìn)方向)軸向應(yīng)力，仍選取10‰、30‰、40‰、50‰四個(gè)坡度來(lái)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算中比較了四個(gè)不同坡度下的開(kāi)挖面軸向應(yīng)力的變化情況，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)不同坡度下的隧道左右線(xiàn)不同掌子面處的軸向應(yīng)力分布大致相似，因此本文僅選取不同坡度下右線(xiàn)掌子面1處的軸向應(yīng)力來(lái)進(jìn)行分析。

由模擬計(jì)算結(jié)果可知，四個(gè)工況下的軸向應(yīng)力既呈現(xiàn)出一致性，也表現(xiàn)出一定的差異性。由圖6可以看出，一致性體現(xiàn)在四個(gè)工況下的軸向應(yīng)力都出現(xiàn)分層現(xiàn)象，軸向應(yīng)力值均隨距開(kāi)挖面距離的增加而逐漸減小，且最大值都出現(xiàn)在開(kāi)挖面前方巖土體上；其次，距離開(kāi)挖面較近的巖土體出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力，遠(yuǎn)離開(kāi)挖面的巖土體出現(xiàn)軸向壓應(yīng)力(拉為正、壓為負(fù))。差異性體現(xiàn)在隧道坡度從10‰增加到30‰時(shí)軸向應(yīng)力值顯著增大，當(dāng)隧道坡度大于30‰時(shí)雖然軸向應(yīng)力值也在增加但是增加的趨勢(shì)逐漸趨于平緩。同時(shí)由圖也可以看出軸向應(yīng)力值隨著坡度的增大而增大，其主要原因是隨著坡度的增大，開(kāi)挖面處巖土體的自重力在坡度方向上的分力也相應(yīng)增加，分力方向與掘進(jìn)方向相反。在分力的作用下開(kāi)挖面巖土體朝向開(kāi)挖面滑移，坡度越大，開(kāi)挖面承受的法向應(yīng)力也越大，即表現(xiàn)為軸向應(yīng)力值增大。

(a)隧道坡度10‰ (b)隧道坡度30‰

3.3 大坡度TBM隧道施工引起的開(kāi)挖面巖土體變形分析

3.3.1 大坡度TBM隧道左線(xiàn)開(kāi)挖時(shí)開(kāi)挖面巖土體變形分析

1)開(kāi)挖面巖土體水平、豎向變形分析。圖7至圖9可以看出：大坡度TBM隧道僅左線(xiàn)施工時(shí)，因隧道開(kāi)挖卸荷而產(chǎn)生的水平變形主要出現(xiàn)在開(kāi)挖面兩拱腰附近，且開(kāi)挖面處兩拱腰的水平位移呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，并關(guān)于隧道中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)。同一掌子面處兩拱腰的水平位移值基本相同，開(kāi)挖面巖土體的水平位移峰值呈現(xiàn)出隨著坡度的增大而逐漸減小的趨勢(shì)。

(a)隧道坡度10‰

(a)隧道坡度10‰

圖9 不同坡度下隧道各位置處水平位移變化曲線(xiàn)圖

豎向變形主要出現(xiàn)在開(kāi)挖面拱頂和拱底處，其表現(xiàn)為開(kāi)挖面拱頂出現(xiàn)向下的沉降，拱底出現(xiàn)向上的隆起，且豎向變形峰值呈現(xiàn)出隨隧道坡度的增大而逐漸增大的趨勢(shì)。與開(kāi)挖面拱底隆起值相比，開(kāi)挖面拱頂沉降值相對(duì)較小。

在相同坡度值情況下，隨著隧道的開(kāi)挖，后續(xù)掌子面的水平位移值、豎向位移值均比先開(kāi)挖掌子面的水平位移值、豎向位移值大，說(shuō)明當(dāng)隧道剛開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)就對(duì)周?chē)鷰r土體造成影響，開(kāi)挖面前方巖土體受到擾動(dòng)，先產(chǎn)生一部分位移，當(dāng)隧道繼續(xù)開(kāi)挖至研究斷面時(shí)，由于開(kāi)挖卸荷的疊加效應(yīng)使得開(kāi)挖面巖土體的水平位移和豎向位移不斷增大，即表現(xiàn)出隨著隧道開(kāi)挖的進(jìn)行開(kāi)挖面巖土體位移逐漸增大的形式。

2)開(kāi)挖面巖土體縱向變形分析。由圖10的計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，開(kāi)挖面前方巖土體形成一定范圍的縱向變形區(qū)域，影響范圍約為1.1倍隧道洞徑，且縱向位移最大值出現(xiàn)在開(kāi)挖面處，距離開(kāi)挖面越遠(yuǎn)縱向位移值越小，分析原因?yàn)橛捎谄露鹊拇嬖?，距離開(kāi)挖面較近的巖土體朝向刀盤(pán)方向滑動(dòng)，使得靠近開(kāi)挖面的巖土體受到的拉應(yīng)力較大，進(jìn)而導(dǎo)致縱向位移值大于遠(yuǎn)離開(kāi)挖面的巖土體的縱向位移值；其次，隨著坡度的增加縱向位移值也逐漸增大，其主要原因是當(dāng)隧道處于上坡開(kāi)挖狀態(tài)時(shí)，TBM抬頭前進(jìn)的姿態(tài)隨著坡度的變化而變化，坡度較大時(shí)前進(jìn)姿態(tài)變化復(fù)雜，導(dǎo)致巖土體開(kāi)挖應(yīng)力重分布現(xiàn)象明顯，因而地層損失越大，從而引起縱向位移值增大；同時(shí)也可看出，當(dāng)坡度較小時(shí)，縱向變形較大的區(qū)域出現(xiàn)在開(kāi)挖面中心處，但隨著坡度的增加，縱向變形較大區(qū)域逐漸下移，出現(xiàn)在開(kāi)挖面中心以下，說(shuō)明與平坡相比，有坡度時(shí)刀盤(pán)上部會(huì)由于坡度的影響與開(kāi)挖面出現(xiàn)部分脫離，千斤頂推力集中在開(kāi)挖面下方，造成重心下移，使得縱向變形較大區(qū)域出現(xiàn)在開(kāi)挖面下方巖土體上。

(a)隧道坡度10‰ (b)隧道坡度30‰

綜上所述，TBM迎坡掘進(jìn)時(shí)對(duì)于開(kāi)挖面巖土體的開(kāi)挖可以等效為對(duì)巖土體先進(jìn)行加載然后再對(duì)其卸荷。由于開(kāi)挖卸荷作用，開(kāi)挖面巖土體形成三維(X向、Y向、Z向)松動(dòng)區(qū)域，再加上開(kāi)挖面上覆巖土體的重力作用，開(kāi)挖面處巖土體受到擠壓，各種作用力疊加在一起，巖土體發(fā)生松動(dòng)并向盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)方向產(chǎn)生滑移。當(dāng)開(kāi)挖面不能提供足夠的支撐力時(shí)就會(huì)造成開(kāi)挖面巖土體失穩(wěn)，由此可以看出隧道在有坡度下進(jìn)行施工時(shí)對(duì)開(kāi)挖面的穩(wěn)定是極其不利的。通過(guò)對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)得出的結(jié)論與2.2節(jié)中理論分析的結(jié)論相一致，進(jìn)而也驗(yàn)證了該模型的合理性和正確性。

3.3.2 大坡度TBM隧道右線(xiàn)巖土體變形分析

1)右線(xiàn)隧道開(kāi)挖面巖土體變形分析。提取隧道右線(xiàn)進(jìn)行開(kāi)挖后不同坡度下左、右線(xiàn)掌子面1處的水平、豎向位移值，并繪制成表3。由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)右線(xiàn)隧道施工到掌子面1處時(shí)，與僅左線(xiàn)開(kāi)挖相比，右線(xiàn)掌子面1處巖土體的水平位移、豎向位移均比左線(xiàn)同一位置處的水平位移、豎向位移小，這是由于在進(jìn)行左線(xiàn)隧道施工時(shí)出現(xiàn)的開(kāi)挖卸荷現(xiàn)象使得巖土體中應(yīng)力減小，當(dāng)右線(xiàn)隧道開(kāi)始施工后，受巖土體中應(yīng)力減小因素的影響，開(kāi)挖面處巖土體的變形也相應(yīng)減小。

表3 不同坡度下左、右線(xiàn)掌子面1處水平、豎向位移值表

2)右線(xiàn)隧道施工完成后巖土體變形分析。由上文可知，僅左線(xiàn)隧道開(kāi)挖時(shí)，兩拱腰的水平位移值幾乎相等，影響范圍大致相同，但當(dāng)右線(xiàn)隧道施工完成后，左線(xiàn)隧道兩拱腰的變形形式發(fā)生改變。受右線(xiàn)隧道開(kāi)挖卸荷的影響，左線(xiàn)隧道左拱腰水平位移值大于右拱腰，且兩拱腰水平位移值均比僅左線(xiàn)開(kāi)挖時(shí)大，這是因?yàn)樽缶€(xiàn)隧道右拱腰靠近右線(xiàn)隧道，當(dāng)右線(xiàn)隧道開(kāi)挖時(shí)，左線(xiàn)隧道右拱腰受到的二次擾動(dòng)較左拱腰大，右拱腰會(huì)向左拱腰偏移，進(jìn)而導(dǎo)致左拱腰受到的擠壓較大，產(chǎn)生的位移也大。由圖11可以看出，左線(xiàn)、右線(xiàn)縱向位移峰值出現(xiàn)在相同位置處，右線(xiàn)縱向位移峰值為6.36 mm，稍大于左線(xiàn)縱向位移峰值6.25 mm，且左右兩線(xiàn)縱向位移變化趨勢(shì)相近；觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，左右線(xiàn)先施工區(qū)域縱向變形不明顯，隨著施工的進(jìn)行，進(jìn)入隧道后半部分施工時(shí)縱向變形顯著。由圖12可知，與僅左線(xiàn)開(kāi)挖相比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)右線(xiàn)隧道最后一個(gè)施工階段完成后，左線(xiàn)隧道拱頂沉降值增大，且上覆巖土體的沉降域變大，并延伸至地表，呈“漏斗狀”分布。

(a)左線(xiàn)隧道縱向位移圖

(a)左線(xiàn)隧道豎向位移圖

大量文獻(xiàn)研究結(jié)果表明隧道在平坡地段施工時(shí)，當(dāng)雙線(xiàn)隧道施工完成后，拱頂最大沉降值出現(xiàn)在先開(kāi)挖隧道的入洞口處，是由于入洞口處土體經(jīng)受多次擾動(dòng)，因而沉降值相對(duì)其他位置處較大，但由本文可以看出雙線(xiàn)隧道施工完成后，自左、右線(xiàn)隧道中間部位開(kāi)始拱頂發(fā)生明顯沉降，其主要原因是本文隧道是在大縱坡地段施工，相較于平坡段，由于有坡度的存在，拱頂出現(xiàn)明顯沉降的地方靠后，且隨著坡度的增大位置逐漸后移。

4 結(jié)論

本文依托重慶鯉劉區(qū)間迎坡段TBM隧道施工工程，采用理論分析和數(shù)值模擬方法對(duì)大坡段TBM隧道施工時(shí)的開(kāi)挖面穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1)通過(guò)數(shù)值計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著坡度的增加最大主應(yīng)力逐漸增大。當(dāng)隧道坡度從10‰增加到30‰時(shí)軸向應(yīng)力值顯著增大，當(dāng)隧道坡度大于30‰時(shí)雖然軸向應(yīng)力值也在增加但是增加的趨勢(shì)逐漸趨于平緩。

2)大坡度TBM隧道僅左線(xiàn)施工時(shí)，開(kāi)挖面巖土體的水平位移峰值呈現(xiàn)出隨著坡度的增大而逐漸減小的趨勢(shì)，豎向變形峰值、縱向變形峰值均呈現(xiàn)出隨隧道坡度的增大而逐漸增大的趨勢(shì)；開(kāi)挖面前方巖土體形成一定范圍的縱向變形區(qū)域，影響范圍約為1.1倍隧道洞徑， 且縱向位移最大值出現(xiàn)在開(kāi)挖面處，距離開(kāi)挖面越遠(yuǎn)縱向位移值越?。划?dāng)坡度較小時(shí)，縱向變形較大的區(qū)域出現(xiàn)在開(kāi)挖面中心處，但隨著坡度的增加，縱向變形較大區(qū)域下移，出現(xiàn)在開(kāi)挖面中心以下。

3)與僅左線(xiàn)隧道開(kāi)挖相比，右線(xiàn)隧道開(kāi)挖完成后左線(xiàn)隧道左拱腰水平位移值大于右拱腰，且兩拱腰水平位移值均比僅左線(xiàn)開(kāi)挖時(shí)大；其次，雙線(xiàn)隧道施工完成后，自左、右線(xiàn)隧道中間部位開(kāi)始拱頂發(fā)生明顯沉降，與平坡地段不同。

4)在有坡度地段，可以通過(guò)采取超前支護(hù)、跟進(jìn)隧道二襯、提前加固受影響較大的區(qū)域、嚴(yán)格控制超挖等措施，來(lái)減小TBM掘進(jìn)時(shí)開(kāi)挖面巖土體的變形。