超小间距双洞隧道开挖施工方法与爆破动力分析

张国强 汪令平 崔文辉 赵向忠

(中铁六局集团有限公司，北京 100036)

超小间距双洞隧道开挖施工方法与爆破动力分析

张国强 汪令平 崔文辉 赵向忠

(中铁六局集团有限公司，北京 100036)

针对重庆某超小间距双洞隧道工程，提出交叉中隔墙法(CRD法)三台阶施工法，同时采用铣挖机开挖与爆破开挖相结合的方式开挖后行洞。并经有限元爆破动力分析表明，与全部采用爆破开挖相比，中墙岩柱水平向最大振动速度由193 cm/s减小至2.98 cm/s，满足岩柱的安全需要。

超小间距，双洞隧道，施工方法，爆破动力分析

1 工程概况

重庆轨道交通十号线红土地站位于六号线正下方，为了确保六号线的结构安全和正常运营，在轨道六号线正下方，将十号线25.2 m的大跨度单洞隧道分成两个分离的11.44 m的小跨度单洞拱形结构，如图1所示。

由图1可见，双洞净间距仅1.66 m，属超小间距。在双洞隧道开挖施工过程中，不仅要考虑爆破开挖下上部已建六号线结构的安全，还要考虑后行洞爆破开挖对双洞间中隔墙岩体的稳定影响。

2 研究现状

文献[1]针对云万高速公路张家山隧道小净距段施工，提出采用小循环进尺、分区开挖的台阶分部法和短台阶断面法开挖，并控制最大段装药量、段间隔时间、确定合理的爆破参数和对先行洞最不利部位振速监测等一系列爆破减振控制技术，以保证小净距段先行洞的安全和后行洞施工的顺利进行。文献[2]针对国家高速公路泉州至南宁横线福建省境内永安至宁化高速公路A9合同段雷公铺隧道及七里坑小净距隧道的施工，提出了超前支护、洞身开挖、中央岩柱加固、锚喷支护、监控量测等工序的施工举措。文献[3]以重庆轨道交通三号线一期工程新牌坊—郑家院子区间隧道工程开挖施工为例,重点介绍了在不同围岩级别中,小净距隧道采用的开挖施工方法、施工工序、特殊情况的处理,从而满足小净距隧道中夹岩层及隧道回填埋深层的稳定,确保隧道施工安全。文献[4]结合京福高速公路里洋小净距隧道施工实践,介绍了小净距隧道开挖和中夹岩墙加固施工技术,并就施工中应注意的事项加以说明。文献[5]利用ANSYS软件对小净距隧道在不同开挖方法下的围岩的变形及应力进行数值模拟。通过对先开挖隧道位移变化特征、围岩应力进行研究,得出Ⅲ级围岩条件下小净距隧道的合理开挖方法。文献[6]以河源洞小净距隧道为工程背景,通过模拟研究比较不同施工方法下的塑性区、位移、应力情况，研究结果表明：侧壁导坑法施工中对围岩开挖次数较多,围岩受到的扰动较大,塑性区范围比台阶法大；在相同的开挖次数下,CRD(中隔墙)法施工产生的塑性区范围又大于侧壁导坑法。对于围岩条件较差的情况,控制位移是施工中应该注意的一项重要工作,侧壁导坑法施工对于控制位移的增量有明显优越性,所以在软弱地层可以优先考虑采用。

3 开挖施工方法

前面查阅的文献中，研究小间距双洞隧道开挖施工方法主要是合理设计施工顺序、超前支护、中央岩柱加固、监控量测等。而且文献中定义的小间距双洞隧道根据的是文献[7]JTG D70/2—2014公路隧道设计规范，文献[7]规定，围岩为Ⅱ类时，当双洞隧道净间距小于1.5倍隧道开挖数面的宽度时，即可定义为小净间距。

重庆轨道交通十号线红土地站双洞隧道净间距仅1.66 m，远小于规范定义的小净间距，属超小间距，仅从施工顺序调整、岩柱加固等方面下手无法保证双洞间中隔墙岩体的稳定，为此，作者提出了交叉中隔墙法(CRD法)三台阶施工，同时采用爆破开挖与机械开挖相结合的施工方法。

平面顺序上，CRD法施工确保中隔壁两侧导洞错开20 m以上，同一侧导洞上下台阶步距控制在10 m。为确保轨道六号线运营安全，先开挖一侧隧道,待先行洞初期支护及二次衬砌施工完成后再开挖另一侧隧道。图2为CRD法施工步序图，右洞为先行洞，左洞为后行洞。

先行洞施工完成后，再开挖左侧后行洞，为保护两洞之间的中墙岩柱，后行洞靠近先行洞侧的二、三阶，即图2中的⑤⑥部，采用机械开挖。同时为减小爆破开挖对上部六号线的振动影响，先行洞和后行洞的①④部均采用机械开挖。机械开挖部分如图2中阴影部分所示。

机械开挖采用德国进口的艾卡特1 500(ER1500)铣挖机。该型号铣挖机最大挖掘半径为10.18 m，最大挖掘高度为10 m，单次铣挖进尺为50 cm～80 cm，满足下穿段开挖施工要求。

爆破采用控制爆破(松动弱爆破)，孔径42 mm，孔深0.8 m，起爆采用光面爆破，毫秒起爆方式；选用微差毫秒雷管，跳段使用相隔间距大于50 ms，避免震波叠加影响；采用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸药。

4 爆破动力分析

根据前面的开挖施工方法，对后进洞的⑤⑥部，采用铣挖机开挖，从理论上讲，增大了炮眼与中墙岩柱的距离，可以减小爆破对中墙岩柱的振动影响，但具体减小了多少、是否能保证中墙岩柱的稳定，需要进行爆破动力分析。

采用有限元程序Ansys10.0做爆破动力分析，根据工程地质剖面图，隧道围岩上层主要为砂岩，下层主要为砂质泥岩。岩石力学参数按表1取值。

表1 有限元分析岩石力学参数

已建六号线混凝土圈重度取25 kN/m3，弹性模量30 000 MPa，泊松比0.2。十号线属在建隧道，不考虑混凝土圈。

动力分析模型图如图3所示，先开展振型分析，得到前五阶自振主频，再开展动力分析。炮眼爆炸压力可采用HIGH_EXPLOSIVE_BURN模型以及JWJ状态加以描述[8]。

对两种工况做对比分析：工况一，先行洞开挖完毕，后行洞②部已开挖至六号线中心正下方，①部机械开挖超越②部2.0 m，②部上方靠右第一个炮眼炸药爆炸；工况二，先行洞全部开挖完毕，后行洞①②③部也开挖完成，⑤部已开挖至六号线中心正下方，④部机械开挖超越⑤部2.0 m，⑤部上方靠右第一个炮眼炸药爆炸。

在工况一、工况二动力分析时，在与炮眼等高的中墙岩柱先行洞侧布置“监测点”1，仅监测X方向(水平方向)的振动，如图4所示。动力分析步长0.000 075 s，总步数350。

图5，图6分别为“监测点”1在工况一、工况二时X向(水平向)振动速度。

由图5可知，当采用机械开挖与爆破开挖相结合的方式施工后行洞时，中墙岩柱水平方向最大振动速度Vx=2.98 cm/s，考虑到对先行洞已进行了初步支护，可认为基本满足岩柱的安全需要。

由图6可见，当全部采用爆破开挖时，中墙岩柱水平方向最大振动速度Vx=193 cm/s，远远超过了振动速度允许值2.0 cm/s，中墙岩柱将会发生彻底破坏。

5 结语

重庆轨道交通十号线红土地站双洞隧道净间距仅1.66 m，远小于规范定义的小净间距，属超小间距，针对此特殊隧道工程，本文提出了交叉中隔墙法(CRD法)三台阶施工，同时采用铣挖机开挖与爆破开挖相结合的方式开挖后行洞，可以极大的减小对两洞之间中墙岩柱的振动影响，中墙岩柱先行洞侧水平向最大振动速度可以由193 cm/s减小至2.98 cm/s，满足岩柱的安全需要。

本文提出的超小间距双洞隧道开挖施工方法，既能保证施工进度，又满足安全稳定需要，可以在超小间距双洞隧道工程施工中推广应用。

[1] 赵禹锋.小净距隧道施工中减振技术研究[J].重庆建筑,2010,9(4):48-52.

[2] 崔 健.浅谈小净距隧道的开挖[J].安徽建筑,2015,22(5):105-106.

[3] 张立业.小净距双隧道开挖施工方法[J].山西建筑,2010,36(23):311-312.

[4] 王玉成.小净距隧道开挖及中夹岩墙加固施工技术[J].山西建筑,2005,31(10):81-82.

[5] 邹俊杰.小净距隧道开挖方法的研究[J].四川建材,2014(4):161-162.

[6] 吴 贲,杨小礼.小净距隧道施工方法优化研究[J].矿业工程研究,2009,24(4):21-25.

[7] JTG D70/2—2014，公路隧道设计规范[S].

[8] 康 楠.地下工程非爆破法开挖技术研究[D].重庆：后勤工程学院硕士学位论文，2015.

Constructionmethodandblastingdynamicanalysisofdoubleholetunnelwithsupersmallspace

ZhangGuoqiangWangLingpingCuiWenhuiZhaoXiangzhong

(ChinaRailwaySixthGroupCo.,Ltd,Beijing100036,China)

Aimed at as for some extreme small space double-trock tunnel in Chongqing tunnel, the cross partition method (CRD method) in three step has been put forward, and the combination of milling machine excavation and blasting excavation has been used to dig the later tunnel. The blasting dynamic analysis of the finite element shows that, compared with the whole blasting excavation, the maximum horizontal vibration velocity of the middle wall rock column is reduced from 193 cm/s to 2.98 cm/s, which meets the safety requirements of the rock column.

super small space, double hole tunnel, construction method, blasting dynamic analysis

1009-6825(2017)23-0173-03

2017-06-05

张国强(1982- )，男，工程师

U455

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