小凈距隧道施工控制要點

沈天佑

摘要： 小凈距隧道通常是指并行雙洞隧道間夾巖石厚度較小，一般小于1.5倍隧道開挖斷面寬度的一種特殊隧道結構型式。本文針對成渝客專新中梁山隧道小凈距隧道的特點，從施工角度探討小凈距隧道的超前支護、洞身開挖、中間巖柱加固、錨噴支護、監控量測等關鍵工序的施工方法和技術措施。

Abstract： A small spacing tunnel usually refers to a special tunnel structure with a small thickness between two parallel double tunnels and generally less than 1.5 times the width of the tunnel excavation section. In this paper， according to the characteristics of the Zhongliangshan Tunnel with small spacing tunnel in Chengdu-Chongqing Highway， this paper discusses the construction methods and technical measures of key processes such as advanced support， excavation of tunnel body， reinforcement of middle rock columns， support of anchor and shotcrete， monitoring and measurement， etc. from the perspective of construction.

關鍵詞： 隧道;小凈距;中間巖柱;施工技術

Key words： tunnel;small spacing;middle rock column;construction technology

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0128-03

1 小凈距隧道的定義

小凈距隧道通常是指并行雙洞隧道間夾巖石厚度較小，一般小于1.5倍隧道開挖斷面寬度的一種特殊隧道結構型式。只有確保小凈距隧道施工過程中巖柱的塑性區不重疊，才能視為小凈距隧道中間巖柱的合理厚度。通常情況下要求Ⅲ級圍巖的合理凈距應大于0.30B，Ⅳ級圍巖的合理凈距應大于0.50B，V級圍巖的合理凈距應大于0.75B。廣義上可認為隧道凈距小于表1限值時均為小凈距隧道，但分析相鄰隧道的空間關系發現，也可將小凈距隧道分為三種基本型式，即錯臺、交叉重疊及平行。

2 施工隧道概況

成渝客專新中梁山隧道是兩座單線隧道，是左右線分修的，其中右線長4119m，左線長4124m，兩者之間的間距在19.5m～65.5m的范圍內，中間巖柱凈寬約9～65m，最小覆蓋層厚度4.7m，最大覆蓋層厚度270m，隧道內部環境復雜，多次通過小型煤窯采空區，下穿或上跨多條既有鐵路和公路隧道，洞口淺埋段上部為居民區，使得其施工環境極其復雜。新中梁山隧道左右線隧道分別于D3K293+834、YDK293+823兩處上跨擬建童西線新雙碑隧道（渝黔線引入重慶樞紐工程），左線與童西線相交角度約84°，右線與童西線相交角度約82°。左線與童西線軌面高差13.2m，凈距1.1m;右線與童西線軌面高差13.3m，凈距1.2m。同時由于成渝客專需聯接至重慶北站和重慶西站，需在洞內設置三處大跨段，分別引出重慶北站左聯絡線、重慶北站右聯絡線和重慶西站右聯絡線。重慶西右聯絡線起點CXLYDK0+000=右線YDK292+520;重慶北左聯絡線起點CXLZDK0+000=左線D3K293+160;重慶北右聯絡線起點CXLYDK0+000=右線YDK292+520，三條聯絡線與所在正洞施工的最小凈距不足1m。據此，可以看出新中梁山隧道為三種形式兼具的小凈距隧道。

3 隧道施工技術及控制要點

3.1 隧道小間距段開挖特點

①由于隧道之間間距小，為了不破壞隧道中隔墻圍巖結構不被破壞，必須采用“分層爆破，層層擴挖”的方案降震，以確保中隔墻圍巖的穩定。

②交叉施工干擾。

3.2 隧道小間距開挖難點

①單線隧道分層剝離控制爆破技術。

②小間距地段兩條隧道爆破時安全控制。

3.2.1 施工方法

重慶北左聯絡線開挖時，由于中隔墻厚度只有1.6m，為確保中隔墻安全，只能采用效率較低的人工輔助機械，超短臺階法施工，各步開挖每一循環進尺后，都必須采取必要的支護措施。隧道拱部弧形開挖施工，采用預留核心土。施工期間堅持短進尺、強支護、及時封閉、初期支護。為保證開挖面的穩定，在必要的情況下，應對采用噴射混凝土及時封閉上斷面掌子面。隧道拱部弧形開挖每循環進尺必須控制在2.0m以內。拱部鋼架架立后，應先在外側拱腳處及時施作鎖腳錨桿，然后再開始在中部核心土開挖。

待中隔墻厚度滿足正常施工是在進行正常爆破開挖，以減小爆破對中隔墻圍巖橫向的沖擊。

3.2.2 鉆爆設計

在鐵路施工中對于中小凈距雙洞隧道施工而言，控制爆破作業是施工項目的重難點，該環節工作不僅要確保周圍巖層的穩定性，還要在此基礎上最大限度的減少其周圍巖層的變形及受到不利影響等。endprint

小凈距隧道鉆爆施工質量直接關系到隧道施工的成敗，為了保證中巖柱的穩定，鉆爆作業應監測各參數對其最終結果存在的影響，包括爆破震動、圍巖爆破擾動深度等參數，從而確定有效方案對爆破震動進行合理控制。小凈距隧道地段地質復雜，中夾巖柱的寬度較小，如此先開挖隧道操作勢必會影響到之后的開挖隧道操作，基于此，最好將先開挖隧道襯砌處的振動速度控制在10cm/s以內，之后的隧道各段爆破藥量的計算也需要將該因素考慮在內。采用微差控制爆破，可有效避免爆破震動波的疊加，根據震動測試確定各段起爆時間。

①震動速度的計算。

分析震動速度的衰減規律發現，可利用下列公式預估計算震動速度：K（Q1/3/R）α=V

式中：

α—與地質條件有關的系數;

R—從測點到爆破中心的距離，單位m;

Q—裝藥量，單位kg;

K—與爆破場地有關的系數;

V—質點震動速度，單位為cm/s。

參考以下地質條件，K、α的值可近似選?。?/p>

場地為覆蓋淺層表土：K=300，α=1.60;

場地為基巖：K=220，α=1.67;

場地為堅硬基巖：K=150，α=1.70。

②爆破時間間隔的計算。

將爆破震動持續時間記錄下來，利用下式可計算出兩段爆破的時間間隔：

（Ri-Ri+l）/Vs+Tyi =Ri/Vs+Tyi-Ri+l/Vs=？駐t

式中：

Tyi—第i段爆破的震動持續時間;

Vs—不同巖石中的波速值;

Ri和Ri+l分別為第i段和第i+l段爆破中心距要求的控制震動點的距離。

3.2.3 支護方式

當隧道凈距不同時所采取的支護方式存在較大不同，若隧道凈距在1.5B以下，應結合實際情況對其進行分類處理;若隧道凈距在1.5B以上，無需進行特殊加固設計，只需采取施工控制措施即可。因此，支護方式并不是一成不變，它隨著項目實際情況的不同存在不同的形式，相關部門和人員應隨機應變，靈活應對。

①凈距>1.5B。

隧道凈距在1.5B以上時，隧道超前支護采用小導管注漿加固，導管采用Φ42×3.5mm，長3.0m的熱軋無縫鋼管。施工時，小導管與襯砌中線平行，以8°仰角打入拱部圍巖，前后排導管打入點間距為2m，小導管保持1m以上搭接長度。開挖時，每循環進尺為1m，與鋼拱架間距相同，開挖后及時施作初期支護。初期支護類型格柵鋼架，間距1m，？準6mm鋼筋網，間距20×20cm，Φ22mm錨桿長度3.0m。間距1.2×1.0m。下臺階開挖落后于上臺階8m～10m。

②凈距<1.5B。

當隧道圍巖為V級且下穿遂渝高速大學城而隧道凈距在1.5B以下時，采用臺階法施工，Φ75中管棚長8m超前支護，全環格柵鋼架0.8m/榀，采用控制爆破，超前帷幕注漿堵水;施工中采用超前鉆孔、加深炮眼探測，開挖后采用地質雷達掃描，并輔以紅外探水，加強施工通風及監控量測。

3.3 中間巖柱加固

一般隧道的設計文件對Ⅲ類圍巖深埋段和Ⅳ類圍巖地段僅在巖石破碎帶局部加固中間巖柱。新中梁山隧道施工部署是先開挖一個洞，在開挖支護后對巖柱進行加固注漿，前一個洞超后一個洞約30m后再進行后一個洞的上臺階開挖，后一個上臺階施作初期支護后安裝中間巖柱的預應力錨桿。

3.3.1 中間巖柱對拉錨桿的施工

新中梁山隧道左線正洞與重慶北左聯絡線中間巖柱最小凈距1.6m，張拉設備采用穿心式單作用千斤頂，中隔墻采用對拉錨桿？準25螺紋鋼筋，錨桿一端張拉。另一端固定，預張拉應力為50kN。為了避免出現局部壓應力集中問題，應在同一截面上間隔進行張拉，且要求錨桿固定端和張拉端沿縱向間隔一排布置。在油泵開動、壓力表指針穩定時進行螺紋鋼筋的錨固。

采取邊張拉、邊擰緊錨具的方法進行千斤頂施加預拉力，施加初始預加力的相應油壓值通常情況下是設計油壓的10%，基本上采用雙控法進行預拉力錨桿的張拉，但對伸長量和油壓值都存在較高的要求，伸長量的誤差不得超過±5%，油壓值的誤差不得超過±2%。

在實際施工中由于存在一定的危險性，禁止在千斤頂端部及非張拉端鋼筋端部站人，并且在這些可能存在危險的地方加強防護措施，最大限度的避免安全事故發生。此外，油壓系統也存在一定的安全隱患，應注意防患于未然。

3.3.2 錨噴支護施工

初期支護施工包括型鋼拱架支撐、徑向錨桿、網噴混凝土、素噴混凝土等，依據施工現場的實際情況具體情況具體分析，選用最佳支護方案。開挖面措施結束后及時開始初噴，如此不僅能夠縮短圍巖暴露時間，還能夠有效避免圍巖變形。之后開始復噴，要求其厚度到位至開挖掌子面的距離不能超過50m。

中夾巖墻的塑性區范圍受到兩隧道凈距的影響，兩者之間是反比的關系，當凈距較小時，巖墻出現貫通的塑性區。并且塑性區的大小受到多項因素的影響，包括圍巖的類別、隧道的埋深等，通常塑性區會隨著圍巖類別降低而增加，兩者之間是反比關系;塑性區會隨著隧道埋深的增加而加大，兩者之間是正比關系。

小凈距鐵路雙洞隧道施工控制的重難點就是中間巖柱的加固及確保其穩定性，由于此類隧道施工比普通隧道施工更為復雜，在具體的措施中應先詳細了解隧道的各項實際情況，有的放矢的制定穩定方案，加固周圍巖層，將隧道建設合理化及經濟化。

4 圍巖監控量測

4.1 圍巖監控量測的目的

①根據監測圍巖應力和變形情況，掌握圍巖和支護系統的力學動態，驗證支護襯砌的設計效果，保證圍巖穩定和施工安全。

②對量測數據分析處理，進行信息反饋，對已開挖、支護的力學狀態進行評價，對有限情段采取必要的補救措施，對下一步施工參數進行調整，確保隧道采用信息化手段施工。endprint

③積累量測數據，為今后小凈距隧道設計施工提供工程類比依據。

4.2 量測項目

該隧道必須進行監控量測的項目：工程地質及現狀觀測，周邊收斂位移量測，拱頂下沉量測，地表下沉量測，鋼支撐、錨桿應力及噴層表面應力量測，二次襯砌內應力、表面應力及裂縫觀測。

4.3 量測數據的處理與應用

①根據現場量測數據及時繪制位移—時間曲線，曲線的時間坐標下應注明施工工序以及開挖工作面離量測斷面的距離。

②當位移—時間曲線趨于平緩時，進行數據處理或回歸分析，以推算最終位移和位移變化規律。

③當位移—時間曲線出現反彎點時，表明此時的圍巖和支護已處于不穩定狀態，必須停止開挖，對危險地段加強支護，密切監視圍巖動態，確保已開挖段的安全。

④通過量測數據的分析處理，提供判別圍巖和支護系統基本穩定的依據，掌握圍巖穩定性變化規律，提出修改支護、襯砌設計參數和施工方法，確定二次襯砌和仰拱的施作時間。

5 施工注意事項

隧道施工中應對一些重點部門加強監測和支護，比如中間巖柱偏上巖體、拱頂、地面表層等，具體施工中應注意以下方面：

①認真做好各項準備工作，包括超前支護、超前預加固等，嚴格控制每循環開挖進尺，確保在開挖期間不出現各類開挖安全事故。

②若采用構件支撐作為臨時支撐，為確保支撐能夠承受住開挖后的圍巖能力，要求其具有足夠的剛度和強度。若圍巖穩定性存在異常，應先采取必要的措施對其加固，使其保持穩定，支撐作用不可或缺，應充分發揮構件支撐作用。

③加強信息化施工。地質檢測工作對于施工而言具有重要的現實意義，只有讓施工項目實現信息化和現代化，才能將支護工作的價值更大的發揮出來。

④及時施做仰拱形成封閉支護結構以控制圍巖變形。

⑤結合地質實際情況，在合理的基礎上，采用超前小導管預注漿技術對中夾巖體進行預加固。

⑥在小凈距隧道中夾巖體施加適當的預應力，綜合改良其巖體。

6 結論

通過該隧道施工，得出以下經驗：小凈距隧道施工難度、工期和造價略高于分離式隧道，在自穩性差的地質條件下，盡可能堅持“早進洞，晚出洞”原則。小凈距隧道施工工序控制很重要，通過正確安排相鄰隧道的開挖、支護的間隔和順序，有效控制相鄰隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形，保證隧道結構安全。

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