城市复杂环境小净距大跨度隧道施工技术探究

杨永红

（河南交建工程监理检测技术服务有限公司，郑州450000）

城市复杂环境小净距大跨度隧道施工技术探究

杨永红

（河南交建工程监理检测技术服务有限公司，郑州450000）

通过对复杂环境下小净距大跨度隧道施工特点的分析，探究在大跨度隧道施工中的具体开挖方法以及辅助方法，最终希望能为具体的施工过程提供参考。

大跨度；小净距；隧道；施工技术

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.121

1 引言

大跨度隧道是指用于公路、铁路等交通基础设施的建设中，在遇到山、岭等比较复杂的地理环境时，需要开挖隧道以保证基础设施建设工程顺利完工。大跨度隧道指横向跨度大于等于30m的隧道。

2 小净距大跨度隧道的基本特点

近年来，国内外出现了许多深埋管道，由于地下环境复杂，隧道开挖后，隧道结构以及受力方向发生改变，引起开挖地区周围围岩的应力发生变化。从一般隧道结构以及受力的特点来看，小净距大跨度隧道具有3个显著的特点。

2.1 小净距

站在岩体力学的角度来分析隧道开挖后，岩体的应力状态发生的变化。认为隧道开挖以前存在原有的应力，开挖后发生变化，从中产生了二次应力。围岩的弹塑区域，会因应力的改变而发生变化。在考虑双洞净距问题时，只要确保双方的距离足够远，且都在双方开挖引起的应力变化影响范围以外，即可保证安全[1]。一般随着双洞距离的缩小，二者间的应力变化可能会相接，再进一步可能会重叠，隧道的安全问题受到威胁。

一先一后的施工方法一般用于小净距隧道的施工中。先行的隧道施工的大体过程要注意：隧道开挖位置的选择、隧道开挖引起的受力变化等，与一般的单洞施工大体相同。后面开挖的隧道受力模式更为复杂，不同于修建一般的洞室，考虑与先行隧洞的距离以及先行隧道的应力变化状况。具体表现为先行施工的隧道开挖后，周围的围岩松弛，隧道周围的支架的负荷量加大。后行隧道的施工会导致先行施工的支架及周围的围岩向临空面拉伸。如图1所示，两隧道间岩体的稳定才能确保两条隧道的安全，塑胶区是保证两隧道间岩体稳定的关键，需要在施工期间注意的是：不出现或是不贯穿塑胶区。

图1 隧道开挖示意图

图2 隧道断面示意图

2.2 大断面

我们在计算应力结果时发现，围岩应力与自身的大小无关。但在隧道的稳定性问题上却不得不考虑其尺寸大小问题。不考虑尺寸大小除非是隧道岩石整体结构完整且富有弹性，很明显这在现实生活中不可能实现。因而，隧道尺寸的大小会对隧道的稳定性造成影响。

如图1所示，为简单的隧道开挖示意图。假定条件：隧道轴线与两组节理交线平行，节理间距均为1m。任务：开挖一正方形的隧道大断面。图2中与36m2的阴影部分表示可能造成的潜在不稳定岩石块。体积大约为144m3。根据图示可推出因开挖而产生的不稳定岩石块大概有70m3。由此得出，开挖面积的增大会增加不稳定岩石块的面积，影响隧道的稳定性，同时施工的难度和维护费用都会增加。

开挖面积的大小会影响整个隧道的稳定性。这一点在构造控制破坏为主的软弱破碎岩石时，整个施工过程都要特别引起注意，及时采取应对之策，以确保将施工的损失降到最低。若爆破控制技术有限，对这个问题就要更加引起注意，整个隧道的安全都会因此受到影响。

2.3 偏平率低

市场经济的不断发展，对交通的发展提出更高的要求，尤其在近年来隧道开挖断面不断增大。面对多车道隧道，隧道在高度上没有明显变化，变化在宽度上慢慢增大，隧道界限越来越扁平，由此围岩及衬砌结构的受力点发生变化。

隧道开挖的高度与开挖宽度的比值即为扁平率，扁平率是隧道安全性的重要标志。不同的车道有不同的扁平率，一般两车道隧道扁平率在0.8上下，三车道是0.65，四车道为0.5。扁平结构的隧道对地基承受力提出更高的要求，隧道开挖后应力分布发生变化，接近地面的地方受力增大，即需要增大地基承受力。拱顶受力变小易出现松弛或者下沉，或拉力过大而塌方，对隧道的安全性造成影响。

3 大跨度隧道施工中容易导致大跨度坍塌的原因分析及注意事项

大跨度隧道是随着交通事业的不断发展对建筑行业提出的新要求。在大跨度隧道的具体施工中需要做到如下几点。

3.1 对大跨度隧道的判定

表1为国际隧道协会对隧道划分依据，主要是通过隧道断面来判断隧道是否属于大跨度。根据图表得出隧道断面大于等于100m2就可以判定为大跨度。三车道或是较宽两车道公路隧道可划分为大跨度隧道。

表1 国际隧协断面划分标准

3.2 大跨度隧道具体的开挖方法

大跨度隧道基本的开挖方法为单洞大跨度隧道的组合。根据围岩的级别对单洞大跨度隧道开挖可分为：CD工法即为中壁工法，将开挖断面分为两部分，开挖面减小，大跨度变为小跨度；减小开挖面，将大跨度、大断面变为小跨度、小断面，有利于在施工时对地质作出及时的检测，应用广泛。如我国的中山门隧道就是采用了这种以大化小的开挖方法；CRD工法即为交叉中壁工法，是中壁法与台阶法的结合，最早出现在日本；三导洞法，又名三导坑法，采用先中间后两边的开挖方法，多用在特大断面公路隧道；全断面法，用于岩石结构相对稳定，地质条件良好的状态下，采用这种方法的优点在于可迅速开挖；台阶法，这种方法多出现在我国传统的施工过程中，优点在于设备简单、耗费低、工序简单。具体施工时要特别注意初期支架以及各种工作程序的及时性[2]根据具体情况随时作出调整，保证大跨度开挖顺利又安全地进行，从而保证按时完成施工任务。

3.3 施工中容易导致大跨度坍塌的原因

大跨度隧道施工之所以会形成坍塌，不外乎以下几种原因。（1）开挖后的应力重分布不均。在同样高度标准下，相比于普通隧道，大跨度隧道宽度更宽，如此一来，大跨度隧道的断面一般会形成扁平形状的拱形结构。这个结构的稳定性难以保证。（2）由于底脚处的应力集中超出标准界限，需要将地基的承载力进行调整。开挖后，侧壁处应力比较集中。开挖宽度增加，其轴力增加，在此情势下，底脚的承载力，即地基必须提升。否则，会造成坍塌。（3）拱顶稳定性差。普通隧道断面拱顶比较标准，大跨度隧道断面的拱顶与其相比，比较扁。如此，支护结构就需要额外分担大部分的荷载，否则，拱顶的承载力不够。（4）基于开挖的宽度和开挖的高度比一般隧道要大的多，因而产生拱作用的埋深若不够，就会产生很大的松弛压力。基于此，大跨度隧道容易产生松弛荷载。台阶法、CD(中壁)法、CRD法、双侧壁导坑(眼镜)法、弧形导坑预留核心土法等施工方法均适合应用于大跨度隧道的施工中。

大跨度隧道施工非常关键，一旦某个环节施工不当，就有可能造成隧道坍塌。一般情况下，需注意隧道洞口的施工，隧道洞口是整个隧道工程的基础部分，如若施工方法不当或防护措施不当，加之地质条件复杂，工程进度会被拖延，隧道洞口段坍塌等现象也是常见现象。一般而言，在施工过程中，隧道洞口边仰坡破坏分为仰坡喷层剥落破坏、张拉破坏、剪切破坏、局部塌陷破坏、雨水冲刷破坏以及洞口初期支护失稳破坏。据此，隧道洞口边仰坡的稳定性受内在因素（边仰坡岩体的地层与岩性、岩体结构、地应力作用等因素）和外在因素（水的作用、气象变化、植被作用、工程施工等因素）影响。

在大跨度隧道施工中，为了避免施工方法等对工程造成影响，施工方法应用过程中，开挖顺序、一次成洞、分段开挖、开挖工艺等都要按要求实施。针对一般钻爆法、控制爆破法或掘进机法、支护措施及实施过程、坑道形状及尺寸等施工影响因素应合理控制。

4 结语

城市复杂环境中小净距大跨度隧道施工是一项专业性很强的工作，复杂的环境需要考虑多种因素才能保证施工的有效性，真正为社会的发展带来便利。大跨度隧道施工具体的方法还要在具体实践中检验，希望文章的研究成果能在具体施工中有借鉴价值。

【1】胡建明.大跨度小净距公路隧道施工监测及围岩稳定性研究[D].重庆：重庆大学，2006.

【2】金虎.大跨度小净距公路隧道施工方法的数值模拟分析[D].成都：西南交通大学，2010.

Construction Technology Research on Neighborhood Tunnel with Large Span Under Complicated Urban Environment

YANGYong-hong
(HenanPostConstructionSupervisionDetectionTechnologyServicesCo.Ltd.,Zhengzhou450000，China)

By analyzing the construction characteristics of the neighborhood tunnel with large span under complicated environment,this paper explores the specific excavationmethods and auxiliarymethods in neighborhood tunnelwith large span construction,ultimatelyhoping to provide a reference for the specific constructionprocess.

large-span;neighborhood;tunnel;constructiontechnology

U455

B

1007-9467（2016）07-0190-02

2016-6-23

杨永红（1975～），男，河南人，工程师，从事铁路、公路监理及试验检测研究，（电子信箱）303194870@qq.com。