大山塘隧道小净距优化设计与施工技术分析

班毅成

(广西壮族自治区东兰公路管理局，广西 河池 547400)

0 引言

广西壮族自治区总体地形为山地丘陵性盆地，高速公路建设难度较大，高速隧道是该区境内高速公路的重要组成部分。小净距隧道设计既可以充分利用山体岩层本身的强度，大大降低支护造价，又能够减少工程所占空间，降低环境破坏范围，还可以显著降低工程总体造价，因此在全球各地高速公路施工设计中得到了广泛应用。

1 工程概况

G210线全长3 097 km，连接广西南宁和内蒙古包头两地，其中河池段长约57 km。大山塘隧道是G210线河池段的一个重要工程项目，隧道设计总长390 m

(K2716+424)。该线路设计为双向四车道，路面总宽约28 m。按照表1所示国际通用隧道断面标准划分，大山塘隧道属中等断面隧道(断面面积约48 m2)，最大高度限定在5.0 m。主要技术标准如下：双向四车道，设计最大时速100 km/h，路面横纵坡范围分别为-2%～2%、±0.3%～±3%。抗震性应达到Ⅶ度，主体结构耐久性应超过100 a。

表1 国际隧道断面划分标准表

2 隧道设计方案的确定

2.1 围岩地质条件分析

大山塘隧道穿越的山体属于低山区，山体岩层较厚，高程范围25.5～84.6 m，坡度范围在20°～35°。结合项目区地质勘查及试验结果和各类围岩力学性质指标(见表2)[1]，大山塘隧道围岩等级属Ⅳ级，节理发育较多，岩体完整性较差，在拱部无支护时会有小规模坍塌现象，侧向围岩基本稳定。

表2 隧道围岩力学性能指标参照表

2.2 隧道方案类型设计比较

目前，隧道类型主要有分离式双洞隧道、连拱隧道、小净距隧道三类。小净距隧道是近些年得益于施工和材料技术的快速发展而被研发出的新型隧道建设手段。相对于前两类隧道，它的主要优点如下[2]：

(1)对环境和围岩影响范围小

相比于分离式双洞隧道，小净距隧道开挖规模范围小30%左右，节约了建筑空间，显著降低了对山体围岩的扰动。由于本项目山体围岩完整性较差，开挖范围越小，岩石碎落的可能性越小。由此可以尽量减少对山体覆盖植被的破坏，有效降低雨水渗入量。

(2)施工工艺简单，造价低

小净距隧道的造价和施工工艺同分离式双洞隧道相比没什么优势，甚至在支护上还要更加复杂。但是同连拱隧道相比，小净距隧道的造价要低20%以上，且施工工艺简单，较易控制隧道支护结构稳定性。

(3)有利于公路整体线性规划

小净距隧道比分离式隧道中间夹着的岩层厚度可小5～8 m左右[3]，这对于维持公路整体线性的平稳有很大意义，尤其在高等级公路上，对维护行车安全有着重要作用。经过综合考虑，本项目决定采用“小净距隧道”方案作为大山塘隧道的最终施工方案。

3 合理小净距设计

最小净距的确定是大山塘隧道设计的核心，结合很多学者的研究成果(见表3)[4]，利用Midas模拟软件以大山塘隧道Ⅳ级围岩为研究对象，模拟在不同净距条件下，双洞开挖后围岩应力的分布情况。

表3 双线隧道最小净距参考值表(B：隧道开挖宽度)

(1)净距为0.5 B

由图1可知：当模拟净距为0.5 B时，隧道开挖后其上部围岩下沉变形最明显，洞底围岩有向上鼓的趋势，左右两洞的松动圈向外扩张，并出现相互重叠。中间夹层应力平均值是外侧围岩应力的2倍，中间夹层需要较强的支护强度，对技术和成本要求都很高，不可取。

(a)围岩变形

(b)应力分布

(2)净距为1.0 B

由图2可知：当模拟净距增大至1.0 B时，隧洞顶部和底部变形均显著减小，左右两洞的松动圈对中间夹层影响和叠加现象显著降低。由应力分布图可得两松动圈的宽度已达到隧道总宽度的2倍，即净距扩大，松动圈也显著扩大，但围岩的应力值明显减小。

(a)围岩变形

(b)应力分布

(3)净距为1.5 B

由图3可知：随着双洞间距继续增加，围岩变形趋势逐步减小，左右两洞的松动圈在中间夹层叠加进一步减弱，松动圈范围依然扩大显著，但围岩应力值与间距1.0 B相比并没有减小很多。

(a)围岩变形

(b)应力分布

综合其他学者研究成果和模拟结果，本项目净距取1.0 B～1.3 B(12～18 m)为宜，当围岩条件较差时，净距可适当增至1.5 B。

4 主要施工技术分析

公路隧道施工工序主要包括：开挖→支护→中间岩墙加固→附属设施安设。本项目采用“新奥法”施工，下面针对重点工序进行详细分析。

(1)台阶开挖法

目前隧道开挖常用方法有：全断面法、台阶法、侧壁导坑法等，结合本项目围岩属Ⅳ级，因此采用“小进尺台阶法”最为稳妥，“台阶法”施工工序如图4所示[5]。在大山塘隧道开挖时，要求预留核心土，循环进尺控制在2～3 m范围，围岩条件较差则降低至1～2 m。

图4 “台阶法”开挖隧道工序示意图

(2)锚喷支护施工

通过计算松动圈厚度，大山塘隧道围岩支护锚杆长度在2.5～5.5 m，采用全长粘结式水泥砂浆锚杆，锚杆呈四周排列，行列距i相等，计算公式如(1)所示，经计算得行列距i=1.2 m。喷浆厚度在5～10 cm。

(1)

式中：rc——中性点半径，m；Ro——隧道开挖半径，m。

(3)中间岩墙加固措施

为避免过多扰动夹层岩石，要求加固措施尽量在两种以内，一般为注浆或锚固，其中锚杆可采用预应力锚杆或贯通长锚杆，具体加固措施建议见下页表4。大山塘隧道采取注浆加固措施，在一些围岩较差地段采用两者相结合形式。

表4 小净距中间夹层加固措施表

5 结语

小净距隧道对于提高隧道工程的经济实用性有着很现实的意义，因此在有相应施工条件的地区成为首要考虑方案。大山塘隧道应用该技术后施工工期满足要求，后期山体围岩加固工程规模减小很多，在围岩条件较差情况下保证了工程的整体稳定性。

[1]章英文.公路隧道设计及施工技术问题分析[J].交通科技与经济，2013，15(2)：41-43.

[2]霍三胜.高陵高速公路隧道设计与施工技术问题探讨[J].山西交通科技，2015(3).

[3]夏才初，那通兴，彭国才，等.公路隧道施工变形监测精度要求探讨[J].隧道建设，2016，36(5)：508-512.

[4]吴明先，赵永国，杨彦民.单洞四车道特大断面公路隧道设计与施工关键技术[J].公路，2009(10)：317-323.

[5]宫成兵，张武祥，杨彦民.大断面单洞四车道公路隧道结构设计与施工方案探讨[J].公路，2004(6)：177-182.