软弱围岩区小净距隧道施工技术探讨

张周平+吴旭+祝河清

摘 要：结合湖北麻城至竹溪高速公路宜城至保康段MZTJ-4标二分部软弱围岩区小净距隧道施工实例，总结分析了其施工方法、中夹岩加固措施、双洞的合理间距、监控量测等内容，旨在提高施工技术人员对小净距隧道的认识，提高软弱围岩区小净距隧道施工的技术水平，保证施工质量和安全，为日后的相关工程提供参考。

关键词：软弱围岩；小净距隧道；掌子面间距；中夹岩

中图分类号：U455.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.128

1 小净距隧道

近年来，我国高速公路建设不断向中西部多山地区发展，山区高速则成为了高速公路建设的主题。高速公路建设主要强调的是环境保护和土地利用率，但是，受地形限制，隧道左、右洞间距过大，不能满足设计要求，因此，小净距隧道便应运而生了，而且非常受欢迎。小净距隧道既能解决接线难、土地利用率低等问题，又比连拱隧道施工造价低、难度小。

湖北麻城至竹溪高速公路宜城至保康段MZTJ-4标二分部共有隧道7座，其中，4座为小净距隧道。黄堡隧道长621 m，Ⅴ级占53.3%，中夹岩距15.8 m；香山隧道长431 m，Ⅴ级占40.8%，中夹岩距8.7 m；张弓隧道长757 m，Ⅴ级占22.7%，中夹岩距12.4 m；罗汉关隧道长957 m，Ⅴ级占31.7%，中夹岩距14.5 m。

2 水文地质

该项目位于湖北省西北部襄阳市保康县，路线呈东西走向。该地处于剥蚀低中山区，山恋重叠，沟壑纵横，河谷两侧斜坡陡峭，出露地层为寒武系、奥陶系、志留系的碎屑岩、碳酸盐岩，主要为页岩。该地区属亚热带季风气候，气候温和，四季分明，降雨主要集中在5—9月，夏季灾害性天气比较多，常有暴雨-强降雨出现。页岩遇水容易渗漏、软化，给隧道施工造成不利的影响。

3 小净距隧道的特点

小净距隧道的并行双洞间距比较小，而夹岩厚度介于连拱隧道与分离式隧道之间。因此，在隧道设计和施工过程中，必须要考虑双洞的相互影响，不能按照独立双洞考虑隧道结构，而且软弱围岩区小净距隧道的围岩稳定性和支护结构受力状况远比分离式隧道复杂。该项目的4座小净距隧道双洞间距为8.7～15.8 m。由具体的施工情况可知，软弱围岩区小净距隧道的特点是：①围岩强度低。一般将单轴饱和抗压强度低于25 MPa的岩石称为软岩，而典型的软岩有泥岩、页岩和千枚岩等。该项目隧道软弱围岩区均为页岩。②岩体破碎。受地质构造影响严重的坚硬岩石又被称为软弱围岩，其节理、裂隙、断层等结构面发育，围岩强度低，自稳性差。③赋存环境差。隧道围岩一旦赋存于富水、高地应力等不良的地质环境中，就会引发涌水、塌方等地质灾害。④在小净距隧道的施工过程中，受双洞的相互影响，当洞身处于软弱围岩地段时，这种影响更加显著。⑤中夹岩受力比较集中。洞身开挖打破了围岩原有的应力平衡，重新分布应力，特别是受到后行洞开挖的再次扰动，二次应力场在中夹岩处叠加，出现了应力集中的情况。⑥中夹岩容易开裂失稳。施工爆破工作对中夹岩的影响比较大，再加上雨季和地下水的影响，页岩极速软化下沉、开裂，出现了失稳的情况，形成流变。

近几年，小净距隧道被广泛应用，但是，施工人员对其施工特性的认识不足，仍采用分离式隧道的施工方法进行小净距隧道施工，再加上施工工艺不到位、现场管理薄弱等，在施工过程中，发生了初支大变形、坍方和二衬开裂等事故。

4 施工方法

隧道施工可以分为洞口施工和暗洞施工两部分。结合小净距隧道施工的具体情况，简要探讨了软弱围岩区小净距隧道施工技术的相关内容。

4.1 洞口施工

洞口施工是隧道施工的开始，洞口的稳定性直接影响着进洞开挖等后续工程的顺利进行。对于小净距隧道，由于两洞距离比较近，洞身开挖会对洞口边仰坡、中夹岩柱造成叠加性的影响，所以，小净距隧道对边仰坡、成洞面中夹岩稳定性的要求比较高。洞口施工应尽量避开雨季，因为雨水冲刷极易导致边仰坡滑塌。修建施工便道时，尽量不要破坏隧道洞口的山体坡脚，以免影响洞口山体的稳定性。

在洞口施工时，要先根据设计设置截水沟，埋设地表监测点，尽量减少洞口边仰坡的开挖，及时施作超前长管棚并注浆，提前做好洞口中夹岩的加固处理，而且2个洞口工程应一次性施作完毕后再开挖先行洞。

在进洞开挖前，要先加固成洞面中夹岩，预先固结距离比较长的中夹岩，防止后期暗洞开挖过程中其过度松弛而变形。加固工作可采用类似长管棚的形式，利用管棚设备打设长导管注浆加固距离较长的中夹岩。

4.2 暗洞施工

在软弱围岩区小净距隧道暗洞的施工过程中，应选择恰当的施工方法，减少对软弱围岩的扰动。同时，要让中夹岩变形收敛，及时对其进行加固，合理设置两洞掌子面的间距，以减小双洞的相互干扰。另外，还要适时施作二次衬砌，并保证其施工质量。在暗洞施工时，中夹岩处理是否得当是控制施工质量和安全的关键。

4.2.1 选择施工方法

软弱围岩区小净距隧道开挖工法主要包括三台阶预留核心土法、CD法、CRD法和双侧壁导坑法等。在选择开挖工法时，在保证安全的前提下，选用的施工方法越简单越好。施工时，主要采用的是三台阶预留核心土法，洞口处则采用CD法配合。选择这种方法的原因有3点：①满足小净距隧道施工的要求；②与双侧壁导坑法、CRD法等相比，这种方法操作简单，易于控制；③三台阶预留核心土法相对经济合理，能保证施工安全。

在开挖过程中，对于软弱围岩区小净距隧道，首选的是机

械开挖，可采用预裂爆破的方法，使用空气间隔装药，以减小爆破对围岩的扰动。每循环进尺要控制为1～2榀钢架的间距，严禁单侧拉槽过长，每班爆破后均应检查爆破效果，及时修正爆破参数，控制用药量。在中、下台阶的施工过程中，宜先开挖支护靠近中夹岩柱的一侧，使薄弱部位先形成支承。

4.2.2 暗洞中夹岩加固

在施工过程中，洞身开挖会对薄弱的中夹岩柱产生扰动，靠近中夹岩一侧的初支极易变形、开裂，甚至会导致二衬开裂，因此，中夹岩加固工作非常重要。

中夹岩加固主要采用的是小导管注浆的形式，超前导管注浆结合系统导管注浆对中夹岩加固有较好的效果。系统导管在靠近中夹岩一侧可适当增加打设长度，加强中夹岩的加固效果。中夹岩超前导管注浆加固是在中、下台阶靠近中夹岩一侧斜向前方约45°打设超前导管注浆。

4.2.3 两洞掌子面间距设置

施工时，后行洞、先行洞之间相互影响，情况十分复杂。由于对其认识不足，施工人员没有考虑到先行洞、后行洞的施工间距，而且后行洞开挖后，应力会再次释放。由于两洞间距小，牵引先行洞围岩会出现二次应力释放叠加的情况，因此，在实际施工过程中，后行洞开挖掌子面极易导致对应的先行洞初支下沉、开裂，甚至还会导致二衬开裂等。通过对项目小净距隧道施工过程的监控和分析，及时调整了施工间距。比较理想的两洞施工间距如图1所示。

两洞掌子面间距要控制在15～20 m，先行洞掌子面、仰拱均超前后行洞掌子面，后行洞掌子面对应先行洞初支成环、二衬未施工段落，使得先行洞已成环初支有较强的承受能力抵抗因后行洞爆破引起的二次应力释放，同时，还能避免爆破时的瞬时振动对先行洞二衬的影响。因为先行洞已成环初支抵抗围岩的变形能力大大增强，所以，可在一定程度上降低初支开裂掉块情况发生的概率，而预留变形量的存在也使得初支不至于被侵限。先行洞二衬滞后于后行洞仰拱是较为理想的状态，如此能在一定程度上减小后行洞开挖对先行洞二衬造成的影响。

4.2.4 二次衬砌施作时机

在二次衬砌施工过程中，除了要考虑两洞的施工间距外，还应把握好二次衬砌的施作时机。在初支变形未基本稳定前，即施作二次衬砌或出现初支大变形时，试图通过施作二衬来抵挡变形，进而导致二衬开裂。二衬施作滞后会影响工程质量和施工安全，所以，把握二衬施作时机是非常重要的。在施工过程中，要重视监控量测在施工中的作用，在监控结果满足下列条件时进行二次衬砌施工是比较合适的，即：①各测试项目所显示的位移率明显收敛、减缓，并已基本稳定；②已产生的各项位移达到预计位移总量的80%～90%；③周边位移速率小于 0.10～0.2 mm/d，或拱部下沉速率小于 0.10～0.15 mm/d。

4.3 监控量测

在施工过程中，除了要监测拱顶沉降、周边收敛外，还应监测爆破震动的情况，同时，还要加大对软弱围岩区的监测频率。当监测结果出现异常时，要停止掌子面的开挖，调整爆破参数，减小扰动。对于初支变形过大的段落，要补注浆加强、施作仰拱成环或加设临时护拱等，待初支稳定后恢复掌子面施工。另外，施工人员还可以根据监测结果适时调整预留变形量，初支变形未稳定不宜进行二衬施工。例如，相邻项目的某些隧道施工时出现了初支持续变形的问题，但未采取有效手段稳定初支，而是通过施作二衬来抵挡初支大变形，致使后期工程因为二衬受力过大而开裂。因此，最终破除二衬更换了初支。

针对小净距隧道施工过程中出现的问题，施工人员及时在初支中安装了压力盒，并在施工过程中设置了2种不同的开挖工序，以监测围岩的情况。当两掌子面间距在20 m左右时，其围岩压力和监控量测曲线最终收敛稳定；当两掌子面间距在50 m时，中夹岩变形持续增长，形成流变，导致其开裂。

5 调整细部工序

施工时，极易出现初期支护大变形或是二衬开裂，甚至是一些小净距隧道在施工过程中出现后行洞边开挖先行洞边开裂的情况。出现上述病害，除了施工间距安排不合理外，另一个重要的原因是围岩的加固工作不到位。在隧道施工过程中，允许围岩有一定的变形，但是，要有效控制其变形速率，防止过度变形导致围岩失稳的情况发生。

目前，在隧道施工过程中，加固软弱围岩时经常使用导管注浆，但是，受各种因素的制约，极易出现以下问题：①受到工期和成本的影响，超前注浆不及时；②在打设系统导管时，受施工台阶空间的限制，导管打设角度不理想，加固效果差；③注浆顺序不合理，注浆机压力不够且不安装止浆阀，注浆效果差；④仰拱分幅施工，未及时成环。

为了解决上述问题，可对现场施工进行优化调整：①配置三四人的注浆专班，当中、下台阶施工时，要及时对上台阶超前导管注浆。②调整施工工序。上台阶施工时，要先做好锁脚工作，待中台阶施工完成后，将台车作为平台，统一打设上台阶、中台阶系统导管，避免钻杆振动对开挖面的破坏，有效保证导管的打设角度和间距。③开工前，要准备进场隧道专用的HS-6型双液灰浆泵，并为其配备相应的辅助工具。同时，注浆专班要进行技术交底工作，注浆要遵循“由下而上、先侧墙后拱顶”的原则。④仰拱要全幅一次完成，严禁半幅施工，以起到早闭合，防变形、塌方的作用。经过必要的优化调整后，在小净距隧道施工中，软弱围岩加固取得了良好的效果。

6 结束语

在高速公路建设工作中，小净距隧道被广泛应用。而在麻竹项目小净距隧道的后续工程中，减小爆破振动，合理布置左右洞的施工间距，抓住中夹岩注浆加固的关键，适时施作二衬，取得了明显的效果。本文总结了软弱围岩区小净距隧道的施工经验，以期不断提高小净距隧道的施工质量，降低安全事故发生的概率，使小净距隧道能够健康发展。

参考文献

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[2]关宝树.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]张王杰.河源洞浅埋偏压小净距隧道进洞施工技术[J].山西建筑，2010，36（1）.

〔编辑：白洁〕