小净距公路隧道的研究现状

蔡 伟 张晨旭

在公路隧道施工中，由于受地形条件以及总体线路线型的限制，往往将左右线区间隧道之间设计的很小，小净距隧道作为特殊地形条件下解决公路隧道布线很有效的结构方式得到了广泛的运用。其施工工艺和普通双洞隧道相似，造价又比连拱隧道低，且利于防排水控制。本文以在建或已建工程为背景，总结了小净距隧道在建设中的若干关键问题，其中包括合理净距，围岩压力，中夹岩加固及爆破控制。

1 小净距公路隧道的合理净距

我国的研究人员针对不同围岩级别、不同埋深等方面对小净距的合理取值进行了探讨，其结果如表1所示。表中1为刘伟依托京福高速公路的小净距隧道，对考虑支护状态下的小净距取值进行的研究成果[1];2为鲁彪通过平面有限元分析，通过对初衬、二衬的主压应力分析，初步提出了不同埋深下的最小安全净距[3];3为田志宇、何川等通过模型试验，以毛洞时中间岩柱是否破坏作为判断标准[2];4为门妮、代树林、佴磊在考虑围岩破坏条件下得出Ⅱ类～Ⅴ类围岩的合理净距[4]。从表1中可以看出，对于最小净值的取值主要是根据围岩级别进行划分，研究成果不尽相同。

表1 双线隧道最小净距建议值

2 围岩压力

围岩压力是岩体受扰动产生应力重分配过程中的围岩变形受到支护结构的阻挡而在支护与围岩的接触面上所产生的压力[5]。荷载结构法是目前小净距隧道结构设计比较通用的方法。荷载结构法的计算模型有楔体结构模型和平衡拱模型，见表2。

表2 两种计算模型对比表

2.1 楔体结构模型

对于处于软弱围岩中的浅埋隧道，由太沙基的散体压力理论，考虑破裂面上的侧面压力和剪切破坏条件，由力的传递可以得出作用在衬砌上的压力。其计算图示见图1。

其中，β1为左洞右侧破裂面与水平面的夹角;β2′为右洞左侧破裂面与水平面的夹角;φc为计算摩擦角;θ为顶板土柱两侧摩擦角;a2为破裂面的交点至右洞左侧侧壁的距离;h1，h2分别为a1/2，a2/2处洞底水平线至地面的距离;H1为左洞右侧洞底水平面至地面的距离;H2为右洞左侧洞底水平面至地面的距离。

2.2 平衡拱模型

喻军，刘松玉，童立元认为在小净距隧道的实际施工时，中夹岩顶部围岩发生了一定的变形，其中有附加应力的作用，也有爆破震动作用引起的竖直向下的位移，支护时间和两侧隧道掌子面距离也有一定影响，结合规范单洞隧道荷载的确定方法，建立了完整的深、浅埋小净距隧道的荷载模型[7]。

3 中夹岩加固的研究

Ⅴ类围岩段在左右洞两侧导洞开挖之前，应先对中夹岩柱进行小导管注浆加固，待注浆达到强度后，再开挖，然后对导洞进行初期支护。Ⅳ类围岩段应先对中夹岩柱部分进行小导管注浆预支护，待注浆达到强度后，再开挖和对导洞初喷一层混凝土，然后对中夹岩施加预应力锚杆，锚杆一端通过钢垫板锁紧，另一端锚固在岩体内，施加预应力，并锁定，最后注浆，中夹岩加固长度以中夹岩两侧围岩类别较低一侧的围岩长度为控制设计[8]。对于小净距隧道先行修建隧道初期支护的及时跟进对改善隧道的变形和受力条件极为有利，使后行修建隧道对中岩墙的影响明显降低，位移显著降低，塑性区范围减小，能有效地保证岩墙的稳定。

对于Ⅲ类围岩，如果施工中不注意对中夹岩保护、不控制好爆破，也可能出现中夹岩的失稳现象。对于Ⅱ类围岩以及更高等级的围岩，只要保证中夹岩柱的厚度大于4 m，中夹岩的安全系数均在3.0以上，所以一般情况下无须对中夹岩采取特殊的加固措施。通过分析，一般情况下Ⅱ，Ⅲ类围岩中夹岩不会出现塑性区，但一般要增设系统锚杆[9]。

4 爆破控制

4.1 掏槽形式

隧道爆破开挖的关键是掏槽技术，掏槽的成功与否直接影响爆破效果，掏槽的深度直接影响隧道掘进的循环进尺。对于大断面隧道应使用中深孔掏槽爆破技术，其形式分为楔形掏槽、扇形掏槽和大直径中空直眼掏槽。各自的优缺点见表3。

表3 掏槽形式及其优缺点[10]

4.2 爆破参数

对于上台阶的Ⅳ级和Ⅴ级软弱围岩地段，施工采用分台阶光面爆破作业;对于Ⅲ级围岩地段可采用全断面光面爆破作业。Ⅳ级和Ⅴ级软弱围岩的光面爆破参数:装药的不耦合系数为2.0，炮眼直径为42 mm，掏槽炮眼深度为1.3 m，抵抗线 W=60 cm，炮眼间距a=90 cm。其周边线参数设计:周边炮眼深度1.1 m，炮眼间距40 cm，抵抗线 W=50 cm，炮眼堵塞长度 L=0.2 m，装药集中度为0.1 kg。

4.3 爆破时差

根据以往工地实测数据资料，软弱围岩的爆破震动持续时间大多为 100 ms～200 ms，为避免段间震动叠加，时差间隔时间可在100 ms～200 ms之间取值。而对硬岩隧道的观测资料表明，其爆破震动持续时间较短，一般不小于 50 ms，对于Ⅲ级围岩，可将时差取在50 ms～100 ms之间。其起爆顺序如下:光面爆破起爆顺序为:掏槽孔→扩大孔→周边孔。全断面光面爆破起爆顺序为:周边孔→掏槽孔→扩槽孔→扩大孔→二台孔→二周边孔→底孔。

4.4 循环进尺控制

对于Ⅲ类围岩一般控制在1 m～2 m的循环进尺;而对于Ⅳ类和Ⅴ类软弱围岩地段，应当采用短进尺，其循环进尺一般选择在0.8 m～1.5 m之间，实践表明控制在1.1 m左右较为合适[12]。在中夹柱附近，可通过钻密集的减振孔，以有效地反射爆破时产生的应力波和振动波。

5 结语

1)小净距隧道施工的关键是中央岩柱的加固，直接关系到隧道施工的成败。对于软弱围岩，必须通过预注浆并设置预应力锚杆等加固措施来确保中央岩柱的稳定。2)小净距隧道爆破作业施工，必须采用预裂爆破和光面爆破技术，以减少爆破震动对隧道结构和中央岩柱的扰动。3)小净距隧道坍落拱跨度的确定还要结合地质条件，施工方法，钻爆方案等综合分析，才能准确有效。4)小净距隧道监控量测工作除了一般隧道的必测项目和选测项目外，还必须增加后开挖隧道爆破震速测试、水平对拉锚杆的测试，目的是确保围岩尤其是中间夹的岩体稳定。5)要做到勤量测，及时反馈现场情况以便有针对性地做出合理、及时的调整。

[1] 刘 伟.小净距公路隧道净距优化研究[D].上海:同济大学博士学位论文，2004.

[2] 田志宇，何 川，姚 勇，等.双洞小净距隧道合理净距模型试验研究[A].2005年全国公路隧道学术会议论文集[C].北京:人民交通出版社，2005.

[3] 鲁 彪.公路小净距隧道最小安全净距确定与双连拱隧道中隔墙断面优化研究[D].西安:长安大学，2004.

[4] 门 妮，代树林，佴 磊.考虑围岩破坏条件时优化小净距隧道最小净距的研究[J].探矿工程，2008(6):87-89.

[5] 舒志乐，刘宝县，李 月.偏压小净距隧道围岩压力分析[J].地下空间与学报，2007(8):333-336.

[6] 凌昌荣，张子新.偏压小净距隧道荷载结构计算模型研究[J].地下空间与工程学报，2007(16):117-119.

[7] 喻 军，刘松玉，童立元.小净距隧道设计荷载的研究[J].东南大学学报(自然科学版)，2008(9):10-13.

[8] 高璋生.大断面小净距隧道中间岩柱加固设计和施工措施[J].福建建设科技，2007(8):89-100.

[9] 杨其新，王明年.地下工程施工与管理[M].成都:西南交通大学出版社，2002.

[10] 侯春燕.城市地铁小净距隧道过站区的防震控制爆破施工技术[J].隧道/地下工程，2007(6):30-31.

[11] 王巨创.城市渐变小间距隧道施工关键技术探讨[J].隧道建设，2007(10):78-90.

[12] 夏才初，龚建伍，唐 颖，等.大断面小净距公路隧道现场监测分析研究[J].岩土力学与工程学报，2007(20):7-9.

[13] JTG D70-2004，公路隧道设计规范[S].