廣西地區(qū)公路小凈距隧道合理凈距研究

中圖分類號(hào)：U459.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.Wccst.2025.03.046

文章編號(hào)：1673-4874（2025）03-0160-05

0 引言

廣西地區(qū)山嶺和丘陵的總面積約占到全區(qū)陸地總面積的 74% 以上，地形地貌及地質(zhì)條件總體比較復(fù)雜，在滿足設(shè)計(jì)車速和安全舒適的前提下，如何協(xié)調(diào)線形指標(biāo)、地形地貌條件、地質(zhì)條件及保護(hù)生態(tài)環(huán)境之間關(guān)系是公路設(shè)計(jì)最重要的技術(shù)問(wèn)題之一。尤其是在隧道洞口段，有時(shí)候?yàn)榱死@避特殊的地質(zhì)條件，或是適應(yīng)復(fù)雜狹窄的地形條件并節(jié)省耕地占用，或是遭遇橋隧相接的線形限制，常常不得不減少左右洞布設(shè)成小凈距隧道形式，以期在一定程度上實(shí)現(xiàn)展線效果的同時(shí)降低隧道工程造價(jià)，又能減小洞口占地，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。但是，如何確定合理凈距控制左右洞室線間距，使得既可以盡量減小線間距，又不會(huì)使左右洞相互影響過(guò)大而大幅增加支護(hù)強(qiáng)度，一直都是困擾設(shè)計(jì)人員的技術(shù)難題之一。

目前，小凈距隧道在國(guó)內(nèi)外已有非常廣泛的應(yīng)用，相關(guān)的研究成果也十分豐富。日本鐵道技術(shù)學(xué)會(huì)早在20世紀(jì)70年代就發(fā)表了《關(guān)于平行隧道研究的報(bào)告》，隨后在1987年出版了《近接施工的設(shè)計(jì)與指南》，總結(jié)了小凈距隧道相互影響的基本條件、影響范圍及施工對(duì)策等[1]。1993年，SolimanE.等[2]采用二維及三維有限元方法研究了小凈距盾構(gòu)隧道的應(yīng)力、位移。國(guó)內(nèi)小凈距研究始于20世紀(jì)80年代，朱敬民等[3-4]采用模型試驗(yàn)方法研究并設(shè)計(jì)了重慶菜袁路雙線隧道。劉艷青、鐘世航等[5-6利用有限元數(shù)值分析及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法研究了我國(guó)第一座超小凈距的并行隧道一一寧波招寶山隧道。張妞采用有限元軟件MidasGTS研究了芷銅高速公路寨子界隧道軟弱圍巖段小凈距的合理凈距大小和中夾巖墻加固技術(shù)。吳開(kāi)華等8在普式理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析計(jì)算模型截面形心的手段研究三孔小凈距隧道附加圍巖壓力的非對(duì)稱性質(zhì)。李偉等9基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和數(shù)值模擬計(jì)算手段對(duì)某四洞并行山嶺隧道群開(kāi)挖穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究。

總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外尤其是日本對(duì)小凈距隧道的研究起步很早，技術(shù)上已經(jīng)成熟，國(guó)內(nèi)相對(duì)晚得多。隨著近些年來(lái)隧道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)不斷積累，研究成果越來(lái)越豐富，各地區(qū)制定了各自的設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但針對(duì)廣西地區(qū)特定地形、地質(zhì)環(huán)境的研究成果很少，至今也沒(méi)制定相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著廣西地區(qū)新一輪規(guī)劃的公路建設(shè)工程的大力推進(jìn)，已有的成果顯然不能滿足設(shè)計(jì)和施工技術(shù)需求，亟須進(jìn)行更全面和深入的研究。

調(diào)研分析

1.1工程實(shí)例調(diào)研分析

目前國(guó)內(nèi)已有很多成功建設(shè)的小凈距隧道，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的國(guó)內(nèi)13座小凈距隧道的情況如表1所示。

從表1看，雙洞線間距一般在 16～32m ，扣除左右設(shè)計(jì)基線至開(kāi)挖輪廓各約為 5m ，實(shí)際凈距為 6～22m 合理凈距大致在0. 5B～1.5B（B 為隧道開(kāi)挖跨度），受地質(zhì)條件影響較大。地質(zhì)條件較好時(shí)，合理凈距很小，如寧波招寶山隧道、成昆鐵路關(guān)村壩車站隧道，主要為堅(jiān)硬的灰?guī)r，圍巖條件總體較好，凈距 lt;0.5B ；地質(zhì)條件較差時(shí)，如石太鐵路復(fù)線東塔寺3號(hào)隧道、寶蘭線東崗鎮(zhèn)隧道，凈距接近 2.0B 0

1.2 規(guī)范規(guī)程調(diào)研分析

《日本近接隧道指南》給出了比較明確的小凈距隧道合理凈距，即如果后建隧道比先建隧道位置高，則小凈距隧道合理凈距在 （1.0～2.5）B ，如果后建隧道比先建隧道位置低，則小凈距隧道合理凈距在 （1.5～2.5）B 。我國(guó)的《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70一2004）[10]第4.3.2條規(guī)定了分離式獨(dú)立雙洞的最小凈距，即小凈距隧道合理凈距的上限值，但控制得很寬泛，在實(shí)際工程中較少直接采用。我國(guó)的《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》JTG/TD70一2010）[11]第4.4.3條建議雙車道小凈距隧道合理凈距為 ，三車道小凈距隧道合理凈距為 8～20m（0.5B～1.5B） 。最新版的《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第一冊(cè)：土建工程》（JTG 3370.1—2018）[12]第4.3.3條建議小凈距隧道合理凈距（即分離式隧道兩洞凈距）為 0.8～2.0B 0

綜合上述調(diào)研分析結(jié)果，V級(jí)圍巖則按照各規(guī)范的綜合結(jié)果取值為 （1.0～1.5）B 。條件最好的Ⅲ級(jí)圍巖可采用《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第一冊(cè)：土建工程》（JTG3370.1—2018）建議的最小值 0.8B 取值，條件最差的Ⅲ級(jí)圍巖按I級(jí)圍巖下限 1. 0B 取值，即Ⅲ級(jí)圍巖的綜合結(jié)果取值為 （0.8～1.0）B 。同理，條件最差的V級(jí)圍巖及以下按《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD70一2004）給出的 2.5B 取值，條件最好的V級(jí)圍巖按按N級(jí)圍巖上限 1.5B 取值，即V級(jí)圍巖的綜合結(jié)果取值為 （1.5～2.5）B 。故小凈距隧道合理凈距可根據(jù)圍巖級(jí)別確定為（見(jiàn)表2）：

2小凈距隧道合理凈距的數(shù)值分析

采用MIDASGTXNX軟件對(duì)小凈距隧道進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)分析，以此分析小凈距隧道的合理凈距。

2.1計(jì)算模型

對(duì)一般淺埋及深埋小凈距隧道，計(jì)算模型采用了圖1、圖2所示的平面矩形模型，計(jì)算模型的左右側(cè)邊界設(shè)置水平方向的約束，底部邊界設(shè)置水平及豎直方向的約束，頂部自由。

對(duì)淺埋偏壓小凈距隧道，計(jì)算模型采用了如圖3、圖4所示的平面模型，計(jì)算模型的左右側(cè)邊界設(shè)置水平方向的約束，底部邊界設(shè)置水平及豎直方向的約束，頂部自由。

2.2計(jì)算參數(shù)

圍巖計(jì)算參數(shù)根據(jù)廣西地區(qū)某高速公路7個(gè)隧道的

圍巖勘察及設(shè)計(jì)資料，同時(shí)考慮《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TD70一2010）綜合確定，如表3至表5所示。

2.3 計(jì)算工況

共考慮了V級(jí)淺埋偏壓段（凈距0.5B、0.75B、1.0B、1.25B、1.5B、2.0B、3.0B）、V級(jí)一般淺埋段（凈距0.5B、0.75B、1.0B、1.25B、1.5B、2.0B）、V級(jí)深埋段（凈距O.5B、0.75B、1.OB、1.25B、1.5B、2.0B）、Ⅳ級(jí)淺埋段（凈距0.5B、0.75B、1.OB、1.25B、1.5B、2.OB）、V級(jí)深埋段（凈距0.5B、0.75B、1.0B、1.25B、1.5B、2.0B）等31種工況。

2.4計(jì)算結(jié)果

計(jì)算得到的塑性區(qū)結(jié)果如圖5至圖9所示。

由圖5可知，V級(jí)淺埋偏壓段左右洞凈距為 0.5B 、0.75B時(shí)，左右洞之間的塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)基本上連通成為整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室影響很大；左右洞凈距為1.0B、1.25B、1.5B、2.0B時(shí)，左右洞之間仍有塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)，但未連成整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室之間有一定影響；左右洞凈距為3.0B時(shí)，左右洞之間已無(wú)塑性破壞區(qū)，說(shuō)明對(duì)左右洞室之間基本無(wú)影響。

由圖6可知，V級(jí)一般淺埋段左右洞凈距為 0.5B 、0.75B、1.0B、1.25B時(shí)，左右洞之間的塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)基本上連通成為整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室影響很大；左右洞凈距為1.5B時(shí)，左右洞之間仍有塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)，但未連成整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室之間有一定影響；左右洞凈距為2.0B時(shí)，左右洞之間已無(wú)塑性破壞區(qū)，說(shuō)明對(duì)左右洞室之間基本無(wú)影響。

由圖7可知，V級(jí)深埋段左右洞凈距為 0.5B 、0.75B、1.0B時(shí)，左右洞之間的塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)基本上連通成為整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室影響很大；

左右洞凈距為1.25B、1.5B、2.0B時(shí)，左右洞之間仍有塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)，但未連成整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室之間有一定影響。

由圖8可知，I級(jí)淺埋段左右洞凈距為 0.5B 0.75B，1.0B，1.25B 時(shí)，左右洞之間的塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)基本上連通成為整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室影響很大；左右洞凈距為1.5B時(shí)，左右洞之間仍有塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)，但未連成整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室之間有一定影響；左右洞凈距為2.0B時(shí)，左右洞之間已無(wú)塑性破壞區(qū)，說(shuō)明對(duì)左右洞室之間基本無(wú)影響。

由圖9可知，N級(jí)深埋段左右洞凈距為 0.5B 0.75B，1.0B 時(shí)，左右洞之間的塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)基本上連通成為整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室影響很大；左右洞凈距為1.25B、1.5B時(shí)，左右洞之間仍有塑性破壞區(qū)和松弛區(qū)，但未連成整體，說(shuō)明這種情況下對(duì)左右洞室之間有一定影響；左右洞凈距為2.0B時(shí)，左右洞之間已無(wú)塑性破壞區(qū)，說(shuō)明對(duì)左右洞室之間基本無(wú)影響。

綜合上述分析可以得出小凈距隧道合理凈距分析結(jié)果如表6所示。

綜合工程實(shí)例調(diào)研、規(guī)范調(diào)研和數(shù)值分析結(jié)果，確定小凈距合理凈距如表7所示。

3結(jié)語(yǔ)

本文所述研究成果已經(jīng)納入到廣西地區(qū)多個(gè)項(xiàng)目隧道的設(shè)計(jì)文件中，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明結(jié)果較為合理。

不過(guò)，該研究成果主要是基于兩車道隧道而言，隨著三車道隧道在廣西地區(qū)越來(lái)越多，需要進(jìn)一步研究三車道小凈距隧道的合理凈距。

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