雙向八車道小凈距隧道設(shè)計探討

吳永照

隨著隧道施工技術(shù)的不斷提高以及受環(huán)境條件的限制，山嶺隧道工程中出現(xiàn)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(guī)左右線分離式隧道與連拱隧道之間的一種隧道結(jié)構(gòu)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(zhì)量難以控制等缺陷，發(fā)展?jié)摿艽蟆１疚尼槍δ畴p向八車道小凈距隧道的設(shè)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(shè)計施工方案。

1 小凈距隧道的設(shè)計要點

1.1 中央巖柱體加固設(shè)計

目前，對中巖柱的加固，人們提出了多種加固技術(shù)，如(預(yù))注漿加固技術(shù)、系統(tǒng)錨桿加固技術(shù)、水平預(yù)應(yīng)力對拉錨桿加固技術(shù)等。同時，中巖柱同其他部位圍巖一樣采取噴、錨、網(wǎng)、架設(shè)鋼支撐等初期支護措施。以上幾種方法應(yīng)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(tǒng)錨桿和水平預(yù)應(yīng)力對拉錨桿的方法對中巖柱進行加固，而注漿和系統(tǒng)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(yù)應(yīng)力對拉錨桿對支護參數(shù)略加調(diào)整即可[2]。

1.2 小凈距隧道設(shè)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(yīng)在單個隧道寬度與整個隧道開挖寬度相應(yīng)的松動壓力之間取值，根據(jù)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(shù)，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(jiān)測數(shù)值進行對比，兩者有較好的吻合。

1.3 小凈距隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)條件變化較大，參數(shù)準確選取相當困難，因此，對于小凈距隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，宜在監(jiān)控量測的基礎(chǔ)上采用動態(tài)設(shè)計的原則。

1.4 爆破作業(yè)控制

根據(jù)文獻[5][6]的研究成果，得到以下重要結(jié)論，用以指導(dǎo)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(yīng)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(yù)應(yīng)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(cè)壁導(dǎo)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(cè)。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(yīng)力波作用范圍以外(120倍～150倍藥包半徑)。5)先行洞迎爆側(cè)應(yīng)是現(xiàn)場監(jiān)控量測的重點部位，宜對先行洞相應(yīng)斷面前后11倍洞距范圍內(nèi)進行重點監(jiān)測。

2 雙向八車道小凈距隧道的設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計

隧道支護結(jié)構(gòu)除明洞段外，均采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，按新奧法原理設(shè)計，充分利用圍巖自承能力。

本次預(yù)設(shè)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(jù)圍巖級別不同，除明洞外，設(shè)計采用兩種支護類型，其支護參數(shù)見表1。

表1 隧道復(fù)合式襯砌支護參數(shù)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(dǎo)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(dǎo)管，錨管布置間距:環(huán)×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(shè)計按照“新奧法”原理設(shè)計和施工。Ⅴ級圍巖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行開挖和支護，上下導(dǎo)洞采用臺階法施工。開挖前設(shè)置超前注漿小導(dǎo)管預(yù)加固，結(jié)構(gòu)設(shè)計為復(fù)合襯砌，以錨桿濕噴混凝土、鋼筋網(wǎng)等為初期支護，并輔以鋼支撐、注漿小導(dǎo)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(dǎo)洞及右隧道的右側(cè)導(dǎo)洞，待左洞隧道全線貫通后，施工左洞的二襯，二襯達到設(shè)計要求承擔了該洞圍巖壓力后，緊跟開挖右隧道的左側(cè)導(dǎo)洞和中間導(dǎo)洞。同時側(cè)導(dǎo)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(cè)墻初支的穩(wěn)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(cè)導(dǎo)洞和中間導(dǎo)洞的開挖采用上下臺階法施工，六個導(dǎo)洞掌子面錯開一定距離同時開挖，待滯后洞室(中間導(dǎo)洞)開挖完成后，隧道初支成環(huán)、圍巖應(yīng)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(jīng)驗說明:先做一側(cè)隧道再做另一側(cè)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(jié)語

針對八車道小凈距隧道的特點得到如下結(jié)論:1)中央巖柱體采用小導(dǎo)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(shè)計荷載可按雙塌落拱壓力上乘以0.5～0.8的系數(shù)考慮。3)初期支護應(yīng)具有足夠的剛度，宜選用工字鋼格柵。4)對于小凈距隧道，應(yīng)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(yīng)進行綜合比選，盡量減少對中間巖柱體的擾動。

[1] 楊轉(zhuǎn)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(shù)，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(shù)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(yīng)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(shè)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(quán).地鐵小凈距隧道過站區(qū)的微震控制爆破施工技術(shù)[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(wěn)定性影響的有限元分析[J].四川建筑科學研究，2008，34(2):55-56.