雙向八車道小凈距隧道設計探討

吳永照

隨著隧道施工技術的不斷提高以及受環境條件的限制，山嶺隧道工程中出現了越來越多的小間距隧道或超小間距隧道。小間距隧道是介于常規左右線分離式隧道與連拱隧道之間的一種隧道結構形式，它既克服了分離式隧道占地大、展線難的不足，又克服了連拱隧道施工工序繁瑣、成本高及防水難以處理、質量難以控制等缺陷，發展潛力很大。本文針對某雙向八車道小凈距隧道的設計要點進行了較詳細的歸納、分析，提出了大斷面小凈距隧道的合理設計施工方案。

1 小凈距隧道的設計要點

1.1 中央巖柱體加固設計

目前，對中巖柱的加固，人們提出了多種加固技術，如(預)注漿加固技術、系統錨桿加固技術、水平預應力對拉錨桿加固技術等。同時，中巖柱同其他部位圍巖一樣采取噴、錨、網、架設鋼支撐等初期支護措施。以上幾種方法應視圍巖狀況進行合理選擇，如對于Ⅳ級，Ⅴ級圍巖來講，可采取注漿或系統錨桿和水平預應力對拉錨桿的方法對中巖柱進行加固，而注漿和系統錨桿不宜同時使用。對于Ⅱ級，Ⅲ級圍巖來講，通常只選用水平預應力對拉錨桿對支護參數略加調整即可[2]。

1.2 小凈距隧道設計荷載的確定

基于雙塌落拱理論，認為小凈距隧道松動壓力的計算值應在單個隧道寬度與整個隧道開挖寬度相應的松動壓力之間取值，根據中夾巖壁下沉的大小，在雙塌落拱壓力上乘以0.5～0.8的系數，來確定小凈距隧道的荷載，建立了深、淺埋小凈距隧道荷載模式。將該方法確定的荷載與福州國際機場高速公路鶴上隧道(小凈距)的監測數值進行對比，兩者有較好的吻合。

1.3 小凈距隧道支護結構設計原則

小凈距隧道與普通分離式隧道相比，中夾巖柱體厚度較薄，受力不利，加之地質條件變化較大，參數準確選取相當困難，因此，對于小凈距隧道支護結構設計，宜在監控量測的基礎上采用動態設計的原則。

1.4 爆破作業控制

根據文獻[5][6]的研究成果，得到以下重要結論，用以指導小凈距隧道爆破施工:1)先行隧道初期支護及時封閉對降低爆破震動效果明顯，因此，先行隧道初期支護宜及時封閉，后行隧道應在先行隧道初期支護完成后通過。2)中巖墻加固宜采用注漿進行加固，改善圍巖的物理力學特性;采用錨桿或預應力錨桿加固對降低爆破震動效果不明顯。3)從控制小凈距隧道爆破震動影響來講，當采用側壁導坑法開挖，考慮到增加臨空面對減振的有利影響，宜先開挖遠離中巖墻側。4)小凈距隧道爆破開挖施工中，后行洞爆破開挖進尺不宜大于隧道凈距的1/3，同時，掏槽眼布置宜遠離中巖墻，使中巖墻處于應力波作用范圍以外(120倍～150倍藥包半徑)。5)先行洞迎爆側應是現場監控量測的重點部位，宜對先行洞相應斷面前后11倍洞距范圍內進行重點監測。

2 雙向八車道小凈距隧道的設計

2.1 隧道概況

該隧道為小間距的左、右線并行隧道，全長140 m，為短隧道。左、右線隧道均位于直線上，均不設超高。左、右線隧道道路縱向坡度均為1.862%，隧道最大埋深約17 m，屬淺埋隧道。

2.2 隧道支護結構設計

隧道支護結構除明洞段外，均采用復合式襯砌結構，按新奧法原理設計，充分利用圍巖自承能力。

本次預設計當中，針對Ⅴ級圍巖，初期支護與二次襯砌共同形成支護體系承受永久荷載的特點，依據圍巖級別不同，除明洞外，設計采用兩種支護類型，其支護參數見表1。

表1 隧道復合式襯砌支護參數表

2.3 小凈距隧道夾持土體支護措施

本隧道左、右線隧道最小凈距為7.26m，是典型的小凈距隧道，其夾持土體必須處理。為減少兩洞相互干擾，首先在施工措施方面考慮兩隧道的導洞縱向錯開施工，錯距不小于15 m;其次開挖需要爆破時Ⅴ級巖層采用微震、控制爆破。同時，在支護體系上，對中巖柱采用錨管進行雙向注漿，錨管采用φ 42×3.5注漿小導管，錨管布置間距:環×縱=1.0 m×1.0 m，注漿材料采用水泥—水玻璃雙液漿，提高注漿效果。

2.4 單洞隧道施工工序

本設計按照“新奧法”原理設計和施工。Ⅴ級圍巖采用雙側壁導坑法進行開挖和支護，上下導洞采用臺階法施工。開挖前設置超前注漿小導管預加固，結構設計為復合襯砌，以錨桿濕噴混凝土、鋼筋網等為初期支護，并輔以鋼支撐、注漿小導管等支護措施。單洞隧道中各初期支護及二襯的施工順序見圖1。

2.5 雙洞隧道施工工序的比選

1)方案一。施工順序是:利用旱季集中力量先施工左洞的導洞及右隧道的右側導洞，待左洞隧道全線貫通后，施工左洞的二襯，二襯達到設計要求承擔了該洞圍巖壓力后，緊跟開挖右隧道的左側導洞和中間導洞。同時側導洞的仰拱緊跟下半洞開挖面，將鋼架腳埋入混凝土1 m～2 m，保持兩側墻初支的穩定。本隧道短、工程量不大，此方案用一部二襯鋼模板整體式臺車，由左洞進口向出口作二襯施工，左洞二襯施工完畢后再進行右洞二襯施工，施工順序也是從進口向出口方向進行。2)方案二。施工順序是:左、右線隧道側導洞和中間導洞的開挖采用上下臺階法施工，六個導洞掌子面錯開一定距離同時開挖，待滯后洞室(中間導洞)開挖完成后，隧道初支成環、圍巖應力釋放完成、拱墻下沉收斂達標后再進行先行的左隧道的二襯施工，右隧道二襯錯開一定距離緊跟施工。3)方案比選。國外特殊的超淺埋大斷面先填后挖施工方法及步驟的經驗說明:先做一側隧道再做另一側隧道，避開47.6 m大跨同時開挖，符合超淺埋超大跨徑采用分片施工方案的要求。因此選用方案一作為本次八車道小凈距隧道的施工方案。

3 結語

針對八車道小凈距隧道的特點得到如下結論:1)中央巖柱體采用小導管注漿加固、漿體采用水泥水玻璃雙液漿，對巖柱體能起到很好的加固作用。2)隧道設計荷載可按雙塌落拱壓力上乘以0.5～0.8的系數考慮。3)初期支護應具有足夠的剛度，宜選用工字鋼格柵。4)對于小凈距隧道，應嚴格控制爆破震動速率，并掌握好爆破時機。5)隧道的施工工序應進行綜合比選，盡量減少對中間巖柱體的擾動。

[1] 楊轉運.小凈距隧道中央巖柱的力學性能及加固處理[J].鐵道建筑技術，2005(3):35-37.

[2] 代樹林，佴 磊，門 妮.小凈距隧道開挖方法和中巖柱加固技術探討[J].探礦工程，2007(4):22-23.

[3] 晏啟祥，何 川，姚 勇.軟巖小凈距隧道施工力學效應研究[J].地下空間與工程學報，2005，1(5):33-35.

[4] 喻 軍，劉松玉，童立元.小凈距隧道設計荷載的確定[J].東南大學學報(自然科學版)，2008，38(5):26-28.

[5] 姚 勇，何 川.爆破振動對相鄰隧道的影響性分析及控爆措施[J].解放軍理工大學學報(自然科學版)，2007，8(6):40-41.

[6] 高維權.地鐵小凈距隧道過站區的微震控制爆破施工技術[J].西部探礦工程，2006(7):45-47.

[7] 石霄爽，曾祥國.超前開挖距離對大跨度小凈距隧道穩定性影響的有限元分析[J].四川建筑科學研究，2008，34(2):55-56.