城市復雜環境小凈距大跨度隧道施工技術探究

楊永紅

（河南交建工程監理檢測技術服務有限公司，鄭州450000）

城市復雜環境小凈距大跨度隧道施工技術探究

楊永紅

（河南交建工程監理檢測技術服務有限公司，鄭州450000）

通過對復雜環境下小凈距大跨度隧道施工特點的分析，探究在大跨度隧道施工中的具體開挖方法以及輔助方法，最終希望能為具體的施工過程提供參考。

大跨度；小凈距；隧道；施工技術

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.121

1 引言

大跨度隧道是指用于公路、鐵路等交通基礎設施的建設中，在遇到山、嶺等比較復雜的地理環境時，需要開挖隧道以保證基礎設施建設工程順利完工。大跨度隧道指橫向跨度大于等于30m的隧道。

2 小凈距大跨度隧道的基本特點

近年來，國內外出現了許多深埋管道，由于地下環境復雜，隧道開挖后，隧道結構以及受力方向發生改變，引起開挖地區周圍圍巖的應力發生變化。從一般隧道結構以及受力的特點來看，小凈距大跨度隧道具有3個顯著的特點。

2.1 小凈距

站在巖體力學的角度來分析隧道開挖后，巖體的應力狀態發生的變化。認為隧道開挖以前存在原有的應力，開挖后發生變化，從中產生了二次應力。圍巖的彈塑區域，會因應力的改變而發生變化。在考慮雙洞凈距問題時，只要確保雙方的距離足夠遠，且都在雙方開挖引起的應力變化影響范圍以外，即可保證安全[1]。一般隨著雙洞距離的縮小，二者間的應力變化可能會相接，再進一步可能會重疊，隧道的安全問題受到威脅。

一先一后的施工方法一般用于小凈距隧道的施工中。先行的隧道施工的大體過程要注意：隧道開挖位置的選擇、隧道開挖引起的受力變化等，與一般的單洞施工大體相同。后面開挖的隧道受力模式更為復雜，不同于修建一般的洞室，考慮與先行隧洞的距離以及先行隧道的應力變化狀況。具體表現為先行施工的隧道開挖后，周圍的圍巖松弛，隧道周圍的支架的負荷量加大。后行隧道的施工會導致先行施工的支架及周圍的圍巖向臨空面拉伸。如圖1所示，兩隧道間巖體的穩定才能確保兩條隧道的安全，塑膠區是保證兩隧道間巖體穩定的關鍵，需要在施工期間注意的是：不出現或是不貫穿塑膠區。

圖1 隧道開挖示意圖

圖2 隧道斷面示意圖

2.2 大斷面

我們在計算應力結果時發現，圍巖應力與自身的大小無關。但在隧道的穩定性問題上卻不得不考慮其尺寸大小問題。不考慮尺寸大小除非是隧道巖石整體結構完整且富有彈性，很明顯這在現實生活中不可能實現。因而，隧道尺寸的大小會對隧道的穩定性造成影響。

如圖1所示，為簡單的隧道開挖示意圖。假定條件：隧道軸線與兩組節理交線平行，節理間距均為1m。任務：開挖一正方形的隧道大斷面。圖2中與36m2的陰影部分表示可能造成的潛在不穩定巖石塊。體積大約為144m3。根據圖示可推出因開挖而產生的不穩定巖石塊大概有70m3。由此得出，開挖面積的增大會增加不穩定巖石塊的面積，影響隧道的穩定性，同時施工的難度和維護費用都會增加。

開挖面積的大小會影響整個隧道的穩定性。這一點在構造控制破壞為主的軟弱破碎巖石時，整個施工過程都要特別引起注意，及時采取應對之策，以確保將施工的損失降到最低。若爆破控制技術有限，對這個問題就要更加引起注意，整個隧道的安全都會因此受到影響。

2.3 偏平率低

市場經濟的不斷發展，對交通的發展提出更高的要求，尤其在近年來隧道開挖斷面不斷增大。面對多車道隧道，隧道在高度上沒有明顯變化，變化在寬度上慢慢增大，隧道界限越來越扁平，由此圍巖及襯砌結構的受力點發生變化。

隧道開挖的高度與開挖寬度的比值即為扁平率，扁平率是隧道安全性的重要標志。不同的車道有不同的扁平率，一般兩車道隧道扁平率在0.8上下，三車道是0.65，四車道為0.5。扁平結構的隧道對地基承受力提出更高的要求，隧道開挖后應力分布發生變化，接近地面的地方受力增大，即需要增大地基承受力。拱頂受力變小易出現松弛或者下沉，或拉力過大而塌方，對隧道的安全性造成影響。

3 大跨度隧道施工中容易導致大跨度坍塌的原因分析及注意事項

大跨度隧道是隨著交通事業的不斷發展對建筑行業提出的新要求。在大跨度隧道的具體施工中需要做到如下幾點。

3.1 對大跨度隧道的判定

表1為國際隧道協會對隧道劃分依據，主要是通過隧道斷面來判斷隧道是否屬于大跨度。根據圖表得出隧道斷面大于等于100m2就可以判定為大跨度。三車道或是較寬兩車道公路隧道可劃分為大跨度隧道。

表1 國際隧協斷面劃分標準

3.2 大跨度隧道具體的開挖方法

大跨度隧道基本的開挖方法為單洞大跨度隧道的組合。根據圍巖的級別對單洞大跨度隧道開挖可分為：CD工法即為中壁工法，將開挖斷面分為兩部分，開挖面減小，大跨度變為小跨度；減小開挖面，將大跨度、大斷面變為小跨度、小斷面，有利于在施工時對地質作出及時的檢測，應用廣泛。如我國的中山門隧道就是采用了這種以大化小的開挖方法；CRD工法即為交叉中壁工法，是中壁法與臺階法的結合，最早出現在日本；三導洞法，又名三導坑法，采用先中間后兩邊的開挖方法，多用在特大斷面公路隧道；全斷面法，用于巖石結構相對穩定，地質條件良好的狀態下，采用這種方法的優點在于可迅速開挖；臺階法，這種方法多出現在我國傳統的施工過程中，優點在于設備簡單、耗費低、工序簡單。具體施工時要特別注意初期支架以及各種工作程序的及時性[2]根據具體情況隨時作出調整，保證大跨度開挖順利又安全地進行，從而保證按時完成施工任務。

3.3 施工中容易導致大跨度坍塌的原因

大跨度隧道施工之所以會形成坍塌，不外乎以下幾種原因。（1）開挖后的應力重分布不均。在同樣高度標準下，相比于普通隧道，大跨度隧道寬度更寬，如此一來，大跨度隧道的斷面一般會形成扁平形狀的拱形結構。這個結構的穩定性難以保證。（2）由于底腳處的應力集中超出標準界限，需要將地基的承載力進行調整。開挖后，側壁處應力比較集中。開挖寬度增加，其軸力增加，在此情勢下，底腳的承載力，即地基必須提升。否則，會造成坍塌。（3）拱頂穩定性差。普通隧道斷面拱頂比較標準，大跨度隧道斷面的拱頂與其相比，比較扁。如此，支護結構就需要額外分擔大部分的荷載，否則，拱頂的承載力不夠。（4）基于開挖的寬度和開挖的高度比一般隧道要大的多，因而產生拱作用的埋深若不夠，就會產生很大的松弛壓力。基于此，大跨度隧道容易產生松弛荷載。臺階法、CD(中壁)法、CRD法、雙側壁導坑(眼鏡)法、弧形導坑預留核心土法等施工方法均適合應用于大跨度隧道的施工中。

大跨度隧道施工非常關鍵，一旦某個環節施工不當，就有可能造成隧道坍塌。一般情況下，需注意隧道洞口的施工，隧道洞口是整個隧道工程的基礎部分，如若施工方法不當或防護措施不當，加之地質條件復雜，工程進度會被拖延，隧道洞口段坍塌等現象也是常見現象。一般而言，在施工過程中，隧道洞口邊仰坡破壞分為仰坡噴層剝落破壞、張拉破壞、剪切破壞、局部塌陷破壞、雨水沖刷破壞以及洞口初期支護失穩破壞。據此，隧道洞口邊仰坡的穩定性受內在因素（邊仰坡巖體的地層與巖性、巖體結構、地應力作用等因素）和外在因素（水的作用、氣象變化、植被作用、工程施工等因素）影響。

在大跨度隧道施工中，為了避免施工方法等對工程造成影響，施工方法應用過程中，開挖順序、一次成洞、分段開挖、開挖工藝等都要按要求實施。針對一般鉆爆法、控制爆破法或掘進機法、支護措施及實施過程、坑道形狀及尺寸等施工影響因素應合理控制。

4 結語

城市復雜環境中小凈距大跨度隧道施工是一項專業性很強的工作，復雜的環境需要考慮多種因素才能保證施工的有效性，真正為社會的發展帶來便利。大跨度隧道施工具體的方法還要在具體實踐中檢驗，希望文章的研究成果能在具體施工中有借鑒價值。

【1】胡建明.大跨度小凈距公路隧道施工監測及圍巖穩定性研究[D].重慶：重慶大學，2006.

【2】金虎.大跨度小凈距公路隧道施工方法的數值模擬分析[D].成都：西南交通大學，2010.

Construction Technology Research on Neighborhood Tunnel with Large Span Under Complicated Urban Environment

YANGYong-hong
(HenanPostConstructionSupervisionDetectionTechnologyServicesCo.Ltd.,Zhengzhou450000，China)

By analyzing the construction characteristics of the neighborhood tunnel with large span under complicated environment,this paper explores the specific excavationmethods and auxiliarymethods in neighborhood tunnelwith large span construction,ultimatelyhoping to provide a reference for the specific constructionprocess.

large-span;neighborhood;tunnel;constructiontechnology

U455

B

1007-9467（2016）07-0190-02

2016-6-23

楊永紅（1975～），男，河南人，工程師，從事鐵路、公路監理及試驗檢測研究，（電子信箱）303194870@qq.com。