关于分岔隧道设计及施工的几点思考

赵洪飞，王建华，宋涛，张文琮

（1.中交基础设施养护集团有限公司，北京 100011；2.云南交投集团投资有限公司，云南 昆明 650000；3.云南汉和土木工程有限公司，云南 昆明 650200）

一、前言

近年来，我国交通基础设施建设不断提速，中西部地区地质地形条件复杂，对工程设计及施工提出了新的要求，同时也孕育了一些较新颖的设计，分岔隧道就是其中之一。但目前我国修建的分岔隧道，在投资造价与施工管控方面还具有明显的缺点：中夹岩柱厚度（最小厚度）、围岩参数及其加固措施等因素会对隧道平衡拱的形成产生很大影响；分岔隧道结构型式多、受力复杂，尤其是洞口连拱段及过渡段，一般会存在浅埋偏压、围岩差、承载低等情况，加之此段需要反复承受开挖时的各种爆破荷载作用，如果处理不当，很容易造成安全事故。目前，在洞口爆破控制及稳定性方面，很多学者都做了大量的研究，本文将结合项目情况，介绍相关爆破优化等方面的实践，及取得的较好的工程效果。

二、项目概述

该隧道位于云南省丽江市，斜穿金沙江东北岸山脊，为南北走向。隧道进口位于凸形斜坡中部，坡度约为35。～45。，正交进洞、距离路面的水平距离约130m，高差约40m。隧道进口紧邻某特大桥，主桥分跨布置了160m+636m+140m的悬索桥。该隧道是一座连拱-小净距-分离式的分岔隧道，右幅全长1616m，左幅全长1611m；进口456m为连拱段，193m为连拱过渡段，260m为小净距段，其余为分离式段；隧道左右幅净距为0m～27.9m；最大埋深约为187m。

隧址区位于程海-宾川断裂带西侧，该断裂带是扬子准地台一级构造单元内二级构造单元的重要分界断裂带，大致呈南北走向，其西侧为盐源-丽江台褶皱带，东侧为川滇台背斜。洞口段围岩以碎石土及强风化灰岩为主，节理裂隙发育、岩体破碎，地下水较少，以基岩裂隙水为主；洞身段围岩以强风化花岗岩侵入体及灰岩为主，局部地段围岩呈中风化，节理裂隙发育、岩体破碎松散，地下水较少，以基岩裂隙水为主。

三、分岔隧道的设计与施工

连拱段、连拱过渡段与小净距段、分离式段相比，具有设计技术难度大、施工管控要求严、投资造价高等特点，因而本文仅对连拱段及连拱过渡段两个部分进行探讨，小净距段、分离式段不做详细阐述。

（一）连拱段及连拱过渡段左、右幅位置

近年我国修建的分岔隧道的连拱段大多是设置中隔墙或极薄中夹岩柱，而该隧道连拱段则采用的是无中隔墙或中夹岩柱的结构型式，且连拱过渡段未采用大拱断面，而是保持先行洞隧道断面不变，后行洞隧道断面直接扩大3m，类同紧急停车带段，余同连拱段，通过后行洞封堵右侧扩挖断面，即由3m（SL5a衬砌与SG5-1衬砌交界处）渐变到0m（SG5-1衬砌与SF4x衬砌交界处），此断面处中夹岩柱厚度约3.4m。

（二）关于中夹岩柱的思考

连拱段与连拱过渡段之间最大的区别在于断面的扩大与否，造成这一现象的最根本原因是中夹岩柱最小厚度的有效保护度。因此，要确保顺利实现从连拱段到小净距段的过渡，小净距隧道中夹岩柱的最小厚度必须要满足规范、规程等相关要求。

1.投资成本对比分析

投资成本对比分析仅依据设计工程量及相关概预算规则进行。经分析对比，每延米连拱段的成本要比连拱过渡段低1.89万元左右。

2.施工工期对比分析

施工工期对比分析是在查阅多起相关班组施工起止时间的基础上，经过综合分析对比得出的。经过分析发现，每延米连拱段的开挖（含出渣）时间要比连拱过渡段少9.5小时，初期支护时间少7.5小时，二次衬砌时间少6.25小时，每延米共计节约23.25小时，约一天。

连拱过渡段施工难度极大，由于机械设备在洞内会反复改装拆拼，容易造成施工安全风险及隐患。目前，有许多专家已经在降低连拱过渡段施工风险方面进行了相关研究，提出了合理确定中夹岩柱的最小厚度、对施工段落进行划分、设置连拱过渡段等措施。但笔者认为目前的研究深度、范围、适用性还远远不够，还需要结合勘探资料或现场岩石种类、硬度、完整性及地下水情况，进一步研究；同时，还应研究确定中夹岩柱的最小厚度的方式及计算方法，切实降低施工安全风险。

3.关于爆破控制的思考及探讨

鉴于目前在隧道设计时，对爆破的相关设计及规定很少，且爆破工作基本上是由项目施工单位自行完成，本文结合该隧道项目实际，对后行洞开挖爆破进行了一些优化、调整，即以隧道起拱线为轴线，环向上下布设炮眼，周边眼的间距控制在30cm～35cm，距开挖轮廓线15cm～20cm，比掏槽眼及辅助眼深约为50cm，不装炸药不堵孔；辅助眼与周边眼呈梅花形布设，间距为65cm～75cm，炸药减半不堵孔；掏槽眼正常布设，炸药量约为常规炸药量的3/4。

通过对先行洞初期支护和二次衬砌的监测及后行洞光面爆破效果的综合判断分析，此次优化、调整整体上取得了较好的效果。不足之处在于，此次优化、调整仅限于炮眼间距、深度、装药量及相对位置关系等。随着爆破技术的快速发展，雷管及炸药的种类也有了很大改进，对抑制隧道振动控制都起到了很好的作用。但目前由于各种因素，很多公路隧道的爆破施工依然沿用老技术，笔者建议在确定中夹岩柱的最小厚度时最好借助于先进爆破技术手段。

4.其他

两洞之间的三角区是受力最复杂、防排水最易失效的区域，应给予特别重视。因此，该隧道在施工过程中，对承压三角区及基地进行了数次注浆加固。对于减震材料要考虑两点：一是铺设位置，二是耐久性。笔者认为，在确保减震作用的前提下，放置在初支之外可以很好地解决EVA泡沫耐久性失效后造成的层间脱空及防排水失效等问题。此外，连接腿建议考虑先行洞加工成型、预留保护措施，能有效降低后行洞开挖时对先行洞的扰动。

四、结语

该隧道的连拱段及过渡段能顺利贯通，除了洞身围岩（以花岗岩为主）强度高、稳定性好之外，还与对爆破断面、装药量、相对关系进行优化、调整密不可分，建议其他类似项目在施工过程中充分分析地质条件，有针对性地制定措施；中夹岩柱的最小厚度的确定应密切结合地质、加固方式、爆破技术手段、开挖断面及必要的理论分析计算进行。