水下大跨隧道小间距施工相互影响及应对措施研究

孙 路，张云龙，姜晓日

（湖南科技大学 土木工程学院，湘潭 411201）

0 引 言

随着设计和施工技术的进步，实际工程中对小间距隧道的需要极为迫切，不仅可以解决由于工程及水文地质条件的限制，还可以提高土地利用率.但在目前施工中，小间距隧道的施工仍遇到许多技术难题，目前大量学者都致力于小间距诉调施工技术的研究.小间距隧道的理论研究已取得初步成果，在实际生产中大量广泛应用，表1列举了国内部分双线隧道工程实例.

表1 国内部分小间距隧道实例

从小间距隧道施工力学考虑，在开挖两个净距较小的隧道时，它们之间会产生一定的影响，使应力重新分布的情况与开挖单一隧道有所不同.小间距隧道开挖过程中两隧道的相互影响程度受地质条件、开挖工序、断面大小等影响巨大，因此我们就要探讨它们之间的影响程度.图1为小间距隧道开挖后破坏作用示意图.

图1 破坏作用示意图

1 影响小间距隧道施工的因素

小间距隧道在施工过程中，由于破坏了初始应力平衡，再加上开挖方法的影响，会使中间岩柱上的应力出现集中的情况，隧道的埋置深度、隧道距离、支护参数及岩体级别都会对开挖后应力的分布产生影响，因此，对影响小间距隧道施工的因素进行分析尤为重要.

（1）隧道间距

当两独立隧道间距较大时，中间岩体不会出现应力集中现象.但当独立隧道变为小间距隧道时，两隧道中间岩体的应力会急剧增大，出现应力集中现象.所以隧道间距对小间距隧道的应力影响巨大，其应力的大小隧道断面与中间岩柱面积的比值息息相关.Obert和Duvall依据光弹理论对平行圆孔开挖后中间岩体的应力分布进行了深入研究.两隧道中间岩体的垂直应力的平均值可以用下式表示：

式中：W0—隧道开挖的直径

WP—岩柱的宽度

PZ—垂直作用力

依据Obert和Duvall研究试验结果，我们从中发现，间距越小，中间岩体的平均应力σp越高，从中我们得出这样的规律，中间岩体的平均应力随着隧道间距的减小而增大，因此在设计过程中应该严格控制隧道的间距.

（2）隧道埋深

深度对于围岩的初始地应力场有着重大影响，随着深度的增加，垂直应力也不断增加.隧道如果埋深较浅，上覆土层正压力较小，再加上地表岩层长期受风化作用的影响，使其强度降低，在开挖过程中如果支护不及时，围岩就会出现过大的变形甚至坍塌；相反，埋深较大，拱顶所承受的压力较大，支护费用与压力较小的地层相比费用较高.当两隧道间距保持不变，我们会发现，它们之间相互影响的程度虽隧道埋深的减小而降低.

（3）围岩级别

隧道开挖后，围岩是否稳定，主要受岩体强度的影响.当岩体强度大于重分布应力时，围岩处于弹性状态，此时围岩稳定；当岩体强度小于重分布应力时，此时围岩就进入了破坏状态，造成围岩失稳.不同的围岩级别所能承受的二次应力是不同的，当围岩级别高，岩体强度低时，我们可以通过各种施工辅助措施来提高岩体强度，从而可降低双洞隧道的间距.综合上述分析，决定小间距隧道合理取值的最主要因素应当是工程地质和水文地质条件.

（4）隧道支护类型

隧道开挖后，由于破坏了初始应力平衡，使岩体应力重新分布，在重分布过程中，会使隧道周边产生一定的变形，变形过大会直接危及施工和使用中的安全，因此我们应当及时对开挖后的隧道进行支护，防止出现过大的变形.有效的支护不仅可以保证施工和使用中的安全，还会防止围岩的应力重新分布趋于恶化.

值得注意的是，上述分析的四种影响因素，只是针对单个因素进行单独考虑.但在实际施工过程中，四种影响因素却是相互作用，各个因素之间也都会产生相互影响.因此，小间距隧道施工的相互影响是个十分复杂的问题.

2 小间距隧道施工应对措施

以长沙市营盘路湘江隧道为工程实例，湘江隧道西岸NK0＋682～NK0＋885.5和SK0＋579.213～SK0＋695，东岸 NK2＋315～NK2＋544和SK2＋214.15～SK2＋443.15是普通小近距段，东岸南北最小净距5.0m，西岸普通段南北线最小净距3.6m.

2.1 超前支护

为保证安全施工，先进行地表袖阀管注浆加固.加固范围为隧道开挖轮廓线外6m，加固深度以进入中或强风化板岩2m为标准，袖阀管间距为1.5 m，梅花形布置，注浆材料为水泥水玻璃双液浆.施工全断面超前帷幕注浆、超前大管棚及超前小导管预支护，全断面超前帷幕注浆加固圈固结范围为开挖轮廓线外6m.并结合超前地质预报，待预加固及预支护合格之后再进行土石方开挖，并且两隧道之间采取错开的方式开挖.

2.2 施工方案

小间距隧道施工执行“管超前、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，采用四部CRD法施工.四部CRD法开挖时1部超前，4部及时跟进成环，1、3部开挖一榀支护一榀.土方开挖时，四部CRD法1、3部采用人工开挖，并配合手推小斗车出渣至2、4部后采用小型挖机装渣，小型农用车运渣至竖井口；四部CRD法2、4部采取人工配合小型挖机开挖，采用小型农用车出渣至竖井口，液压抓斗垂直提升至地表渣坑.

2.3 开挖步序优化

2.3.1 施工步序的选择

考虑了四种施工步序，对隧道间距4m的情况进行现场施工监控量测.综合分析不同开挖顺序对地层变形、中间岩柱稳定情况以及施工进度的影响.

图2 小净距施工工法组合图

步序一：双线隧道同时开挖，先开挖远离中间岩柱侧，即左侧隧道1、2部和右侧隧道3、4部；

步序二：双线隧道先进行左侧隧道1、2部施工，然后施工左幅3、4部，施工完成后，再进行右侧隧道3、4部施工，最后施工右幅1、2部；

步序三：双线隧道先施工左侧隧道，分别按照1、3、2、4部的顺序进行开挖，完成后，按照施工左侧隧道的方法进行右侧隧道的施工；

步序四：先施工左侧隧道1、2部和右侧隧道3、4部，施工完毕后，再施工左侧的3、4部和右侧的1、2部.

2.3.2 数据处理分析

通过计算得出四种工序下地表沉降和中隔墙水平位移如表2所示.

表2 不同工序监控量测结果比较

通过监控量测结果，可以看出：

（1）步序一与其他三种施工方法比较起来地表沉降相对较大，左侧隧道1、2部和右侧隧道3、4部同时开挖对地表沉降影响不大，但靠近中间岩柱左侧3、4部和右侧1、2部同时施工时，却使地表沉降急剧加大.

（2）步序二和步序三施工后最终倾斜值基本接近，但二者各有优缺点.步序二能很好控制水平收敛但所引起的地表沉降较大；步序二虽然水平收敛较大，但对控制地表变形有很好的效果.在具体选择施工工序时，应综合考虑各种因素的影响，选择合适的施工步序.

（3）步序四施工所引起的地表沉降虽然比步序二大，但是在施工过程中必须保证支护及时有效，才能满足施工安全的需求，步序四施工有利于围岩的稳定，右侧隧道1、2部施工前，左侧隧道仰拱必须封闭成环，才能进行右侧隧道施工.

在实际工程中，采用步序二开挖小间距隧道.以长沙市营盘路湘江隧道大跨小间距隧道段为例，重点对断面NK2＋400各部开挖引起的地表沉降进行观测，可见地表沉降最大值为73mm，地表沉降的最大值随着洞室的开挖逐渐向右移动，开挖结束后，地表沉降最大值的出现位置向左偏移了4m；同时，右洞前两步开挖对隧道中心的沉降影响很小，仅占总沉降的15%.随着洞室的开挖，中间土体发生了一定水平位移，开挖结束后，水平位移最大值为8.71mm.实际施工中的监测结果数值都在规范规定的范围之内，大大降低了施工风险，取得了较好的经济效益.

3 结 语

对于小间距隧道，在施工过程中要想做到安全快速施工，首先要搞清楚在此工程中影响隧道安全施工的主要因素，本文详细论述了水下大跨小间距隧道在施工过程中的影响因素，希望为读者提供借鉴.针对影响小间距隧道的外部环境因素，提出了几点在施工过程中的应对措施，在超前预支护、预加固的基础上，合理选择施工工序，使变形减小，避免出现应力集中现象，只有这样才能最终做到安全快速施工.

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