小凈距隧道施工控制要點(diǎn)

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(jié)構(gòu)型式。本文針對成渝客專新中梁山隧道小凈距隧道的特點(diǎn)，從施工角度探討小凈距隧道的超前支護(hù)、洞身開挖、中間巖柱加固、錨噴支護(hù)、監(jiān)控量測等關(guān)鍵工序的施工方法和技術(shù)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(guān)鍵詞： 隧道;小凈距;中間巖柱;施工技術(shù)

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

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)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(jié)構(gòu)型式。只有確保小凈距隧道施工過程中巖柱的塑性區(qū)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(yīng)大于0.30B，Ⅳ級圍巖的合理凈距應(yīng)大于0.50B，V級圍巖的合理凈距應(yīng)大于0.75B。廣義上可認(rèn)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(guān)系發(fā)現(xiàn)，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(nèi)，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(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，多次通過小型煤窯采空區(qū)，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(qū)，使得其施工環(huán)境極其復(fù)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(lián)接至重慶北站和重慶西站，需在洞內(nèi)設(shè)置三處大跨段，分別引出重慶北站左聯(lián)絡(luò)線、重慶北站右聯(lián)絡(luò)線和重慶西站右聯(lián)絡(luò)線。重慶西右聯(lián)絡(luò)線起點(diǎn)CXLYDK0+000=右線YDK292+520;重慶北左聯(lián)絡(luò)線起點(diǎn)CXLZDK0+000=左線D3K293+160;重慶北右聯(lián)絡(luò)線起點(diǎn)CXLYDK0+000=右線YDK292+520，三條聯(lián)絡(luò)線與所在正洞施工的最小凈距不足1m。據(jù)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(shù)及控制要點(diǎn)

3.1 隧道小間距段開挖特點(diǎn)

①由于隧道之間間距小，為了不破壞隧道中隔墻圍巖結(jié)構(gòu)不被破壞，必須采用“分層爆破，層層擴(kuò)挖”的方案降震，以確保中隔墻圍巖的穩(wěn)定。

②交叉施工干擾。

3.2 隧道小間距開挖難點(diǎn)

①單線隧道分層剝離控制爆破技術(shù)。

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(lián)絡(luò)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(jī)械，超短臺階法施工，各步開挖每一循環(huán)進(jìn)尺后，都必須采取必要的支護(hù)措施。隧道拱部弧形開挖施工，采用預(yù)留核心土。施工期間堅(jiān)持短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、及時封閉、初期支護(hù)。為保證開挖面的穩(wěn)定，在必要的情況下，應(yīng)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(huán)進(jìn)尺必須控制在2.0m以內(nèi)。拱部鋼架架立后，應(yīng)先在外側(cè)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(jìn)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(shè)計(jì)

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(yè)是施工項(xiàng)目的重難點(diǎn)，該環(huán)節(jié)工作不僅要確保周圍巖層的穩(wěn)定性，還要在此基礎(chǔ)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(zhì)量直接關(guān)系到隧道施工的成敗，為了保證中巖柱的穩(wěn)定，鉆爆作業(yè)應(yīng)監(jiān)測各參數(shù)對其最終結(jié)果存在的影響，包括爆破震動、圍巖爆破擾動深度等參數(shù)，從而確定有效方案對爆破震動進(jìn)行合理控制。小凈距隧道地段地質(zhì)復(fù)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(nèi)，之后的隧道各段爆破藥量的計(jì)算也需要將該因素考慮在內(nèi)。采用微差控制爆破，可有效避免爆破震動波的疊加，根據(jù)震動測試確定各段起爆時間。

①震動速度的計(jì)算。

分析震動速度的衰減規(guī)律發(fā)現(xiàn)，可利用下列公式預(yù)估計(jì)算震動速度：K（Q1/3/R）α=V

式中：

α—與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù);

R—從測點(diǎn)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(guān)的系數(shù);

V—質(zhì)點(diǎn)震動速度，單位為cm/s。

參考以下地質(zhì)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(jiān)硬基巖：K=150，α=1.70。

②爆破時間間隔的計(jì)算。

將爆破震動持續(xù)時間記錄下來，利用下式可計(jì)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(xù)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(diǎn)的距離。

3.2.3 支護(hù)方式

當(dāng)隧道凈距不同時所采取的支護(hù)方式存在較大不同，若隧道凈距在1.5B以下，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對其進(jìn)行分類處理;若隧道凈距在1.5B以上，無需進(jìn)行特殊加固設(shè)計(jì)，只需采取施工控制措施即可。因此，支護(hù)方式并不是一成不變，它隨著項(xiàng)目實(shí)際情況的不同存在不同的形式，相關(guān)部門和人員應(yīng)隨機(jī)應(yīng)變，靈活應(yīng)對。

①凈距>1.5B。

隧道凈距在1.5B以上時，隧道超前支護(hù)采用小導(dǎo)管注漿加固，導(dǎo)管采用Φ42×3.5mm，長3.0m的熱軋無縫鋼管。施工時，小導(dǎo)管與襯砌中線平行，以8°仰角打入拱部圍巖，前后排導(dǎo)管打入點(diǎn)間距為2m，小導(dǎo)管保持1m以上搭接長度。開挖時，每循環(huán)進(jìn)尺為1m，與鋼拱架間距相同，開挖后及時施作初期支護(hù)。初期支護(hù)類型格柵鋼架，間距1m，？準(zhǔn)6mm鋼筋網(wǎng)，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(dāng)隧道圍巖為V級且下穿遂渝高速大學(xué)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(hù)，全環(huán)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(zhì)雷達(dá)掃描，并輔以紅外探水，加強(qiáng)施工通風(fēng)及監(jiān)控量測。

3.3 中間巖柱加固

一般隧道的設(shè)計(jì)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(hù)后對巖柱進(jìn)行加固注漿，前一個洞超后一個洞約30m后再進(jìn)行后一個洞的上臺階開挖，后一個上臺階施作初期支護(hù)后安裝中間巖柱的預(yù)應(yīng)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(lián)絡(luò)線中間巖柱最小凈距1.6m，張拉設(shè)備采用穿心式單作用千斤頂，中隔墻采用對拉錨桿？準(zhǔn)25螺紋鋼筋，錨桿一端張拉。另一端固定，預(yù)張拉應(yīng)力為50kN。為了避免出現(xiàn)局部壓應(yīng)力集中問題，應(yīng)在同一截面上間隔進(jìn)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(wěn)定時進(jìn)行螺紋鋼筋的錨固。

采取邊張拉、邊擰緊錨具的方法進(jìn)行千斤頂施加預(yù)拉力，施加初始預(yù)加力的相應(yīng)油壓值通常情況下是設(shè)計(jì)油壓的10%，基本上采用雙控法進(jìn)行預(yù)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(shí)際施工中由于存在一定的危險(xiǎn)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(xiǎn)的地方加強(qiáng)防護(hù)措施，最大限度的避免安全事故發(fā)生。此外，油壓系統(tǒng)也存在一定的安全隱患，應(yīng)注意防患于未然。

3.3.2 錨噴支護(hù)施工

初期支護(hù)施工包括型鋼拱架支撐、徑向錨桿、網(wǎng)噴混凝土、素噴混凝土等，依據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況具體情況具體分析，選用最佳支護(hù)方案。開挖面措施結(jié)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(fù)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(qū)范圍受到兩隧道凈距的影響，兩者之間是反比的關(guān)系，當(dāng)凈距較小時，巖墻出現(xiàn)貫通的塑性區(qū)。并且塑性區(qū)的大小受到多項(xiàng)因素的影響，包括圍巖的類別、隧道的埋深等，通常塑性區(qū)會隨著圍巖類別降低而增加，兩者之間是反比關(guān)系;塑性區(qū)會隨著隧道埋深的增加而加大，兩者之間是正比關(guān)系。

小凈距鐵路雙洞隧道施工控制的重難點(diǎn)就是中間巖柱的加固及確保其穩(wěn)定性，由于此類隧道施工比普通隧道施工更為復(fù)雜，在具體的措施中應(yīng)先詳細(xì)了解隧道的各項(xiàng)實(shí)際情況，有的放矢的制定穩(wěn)定方案，加固周圍巖層，將隧道建設(shè)合理化及經(jīng)濟(jì)化。

4 圍巖監(jiān)控量測

4.1 圍巖監(jiān)控量測的目的

①根據(jù)監(jiān)測圍巖應(yīng)力和變形情況，掌握圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的力學(xué)動態(tài)，驗(yàn)證支護(hù)襯砌的設(shè)計(jì)效果，保證圍巖穩(wěn)定和施工安全。

②對量測數(shù)據(jù)分析處理，進(jìn)行信息反饋，對已開挖、支護(hù)的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行評價，對有限情段采取必要的補(bǔ)救措施，對下一步施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保隧道采用信息化手段施工。endprint

③積累量測數(shù)據(jù)，為今后小凈距隧道設(shè)計(jì)施工提供工程類比依據(jù)。

4.2 量測項(xiàng)目

該隧道必須進(jìn)行監(jiān)控量測的項(xiàng)目：工程地質(zhì)及現(xiàn)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(yīng)力及噴層表面應(yīng)力量測，二次襯砌內(nèi)應(yīng)力、表面應(yīng)力及裂縫觀測。

4.3 量測數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用

①根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)及時繪制位移—時間曲線，曲線的時間坐標(biāo)下應(yīng)注明施工工序以及開挖工作面離量測斷面的距離。

②當(dāng)位移—時間曲線趨于平緩時，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，以推算最終位移和位移變化規(guī)律。

③當(dāng)位移—時間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時，表明此時的圍巖和支護(hù)已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須停止開挖，對危險(xiǎn)地段加強(qiáng)支護(hù)，密切監(jiān)視圍巖動態(tài)，確保已開挖段的安全。

④通過量測數(shù)據(jù)的分析處理，提供判別圍巖和支護(hù)系統(tǒng)基本穩(wěn)定的依據(jù)，掌握圍巖穩(wěn)定性變化規(guī)律，提出修改支護(hù)、襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)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(xiàng)

隧道施工中應(yīng)對一些重點(diǎn)部門加強(qiáng)監(jiān)測和支護(hù)，比如中間巖柱偏上巖體、拱頂、地面表層等，具體施工中應(yīng)注意以下方面：

①認(rèn)真做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括超前支護(hù)、超前預(yù)加固等，嚴(yán)格控制每循環(huán)開挖進(jìn)尺，確保在開挖期間不出現(xiàn)各類開挖安全事故。

②若采用構(gòu)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(qiáng)度。若圍巖穩(wěn)定性存在異常，應(yīng)先采取必要的措施對其加固，使其保持穩(wěn)定，支撐作用不可或缺，應(yīng)充分發(fā)揮構(gòu)件支撐作用。

③加強(qiáng)信息化施工。地質(zhì)檢測工作對于施工而言具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，只有讓施工項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)信息化和現(xiàn)代化，才能將支護(hù)工作的價值更大的發(fā)揮出來。

④及時施做仰拱形成封閉支護(hù)結(jié)構(gòu)以控制圍巖變形。

⑤結(jié)合地質(zhì)實(shí)際情況，在合理的基礎(chǔ)上，采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿技術(shù)對中夾巖體進(jìn)行預(yù)加固。

⑥在小凈距隧道中夾巖體施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力，綜合改良其巖體。

6 結(jié)論

通過該隧道施工，得出以下經(jīng)驗(yàn)：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(wěn)性差的地質(zhì)條件下，盡可能堅(jiān)持“早進(jìn)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(hù)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(jié)構(gòu)安全。

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