公路隧道各工作面间相对距离的控制标准

李 凯，陈军社

(中交二公局第三工程有限公司，陕西 西安 710016)

0 引 言

公路隧道施工中，随着各工作面的不断推进，其间的相对距离也在不断变化，如上台阶长度、下台阶长度、掌子面到仰拱、仰拱到二衬以及左右洞掌子面的纵向距离等，都在随进尺而不断变化着[1-5]；但出于安全方面考虑，各工作面间的相对距离也不能无限制地变化[6-10]。为此，规范规定了一部分距离关系(如掌子面到二衬)，也有一些没有具体规定(如仰拱到二衬)。作为隧道施工技术人员，应结合施工组织、安全等因素，进一步研究和明确各种工作面间的相对距离。

《公路隧道设计规范》(JTG D70/2—2014)、《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010)、《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2009)、公路隧道施工技术细则》(JTG/T F60—2009)、《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90—2015)是公路隧道施工中建设、监理、施工各方遵守的主要规范，是指导隧道施工的标准和指南，也是现场施工技术人员必备的主要工具。但是，对于隧道施工过程中各工作面间的相对距离关系，各规范的规定要求存在着差异和不完善，甚至有相互矛盾之处，易引起岥义。本文主要对公路隧道各工作面间相对距离进行探讨、梳理、总结和统一，为隧道施工控制提供参考。

1 小净距隧道工作面相对距离

1.1 小净距隧道双洞的影响

对于小净距隧道，《公路隧道施工技术细则》(JTG/T F60—2009)中给出了双洞间相互影响程度的划分，如表1所示。

表1 小净距隧道双洞间相互影响程度划分

注：B为隧道开挖断面的宽度。

有学者研究认为：公路施工中常见的Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩中,Ⅴ级围岩隧道净距在2.0B以上，Ⅳ、Ⅲ级围岩隧道净距在1.5B以上时，小净距隧道一般只需采取施工控制措施即可，而不需特殊加固设计；当Ⅴ级围岩隧道净距在2.0B以下，Ⅳ、Ⅲ级围岩隧道净距在1.5B以下时，后行洞的施工会危及中岩柱的稳定，才需要根据不同的围岩和净距对小净距隧道分类处理，对中岩柱和隧道衬砌结构采取加强和加固措施。

另外，通过试验可知，当小净距隧道Ⅴ级围岩的净距小于0.75B，Ⅳ级围岩的净距小于0.5B，Ⅲ级围岩的净距小于0.3B时，中间岩柱的塑性区将会重叠，属严重影响，需重点加固中间岩柱。

综上所述，对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩的小净距隧道的认识如表2所示。

1.2 先行洞与后行洞掌子面的错开距离

《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2009)中第9.1.2条规定：对于小净距隧道，先行洞与后行洞掌子面错开距离应大于2倍隧道开挖宽度。《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90—2015)9.3节中规定，两座平行隧道开挖，同向开挖工作面纵向间距应根据两隧道间距、围岩情况确定，且不宜小于2倍洞径。《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010)中17.2.6条规定，小净距隧道两隧道掌子面距离宜控制在2倍开挖跨度以上。为减轻后行洞开挖爆破对先行洞二次衬砌的影响，先行洞二次衬砌宜落后于后行洞掌子面2倍开挖跨度以上，并应满足围岩稳定条件。后行洞初期支护(落底成环后)宜超前先行洞二次衬砌1倍开挖宽度以上。先行、后行隧道的相邻洞室掌子面距离宜保持在2倍隧道开挖宽度以上。《公路隧道施工技术细则》(JTG/T F60—2009)第8.1.4条规定：先行洞室的二次衬砌宜在围岩变形基本稳定后进行，宜落后于后行掌子面2倍隧道开挖宽度以上。

表2 小净距隧道双洞间相互影响程度及加强措施

从这些规定可以看出，对于小净距隧道，规范都要求了“先行洞与后行洞掌子面错开距离应大于2倍隧道开挖宽度”。但为了防止后行洞掌子面爆破震动使先行洞已完成的二衬开裂或受到影响，该距离也不能无限制的大，对此，《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010)第17.2.6条提出了“先行洞二次衬砌宜落后于后行洞掌子面2倍开挖跨度以上，并应满足围岩稳定条件；后行洞初期支护(落底成环后)宜超前先行洞二次衬砌1倍开挖宽度以上”。因此，在小净距隧道施工时，需对先行洞与后行洞掌子面错开距离的范围进一步明确。

对于Ⅴ级围岩地段，掌子面到二衬的距离不超过70 m，要满足“先行洞与后行洞掌子面错开距离大于2倍隧道开挖宽度”的要求，还要满足“先行洞二次衬砌落后于后行洞掌子面2倍开挖跨度以上”这一条件，如图1所示。对于二车道隧道，一般Ⅴ级围岩段开挖宽度为12.5～13.5 m，暂按13.5 m计算，那么后行洞掌子面与先行洞掌子面的距离不应小于27 m，且后行洞掌子面与先行洞二衬的距离也不应小于27 m，则后行洞掌子面的可调节范围为16 m(70 m-27 m-27 m)，现场施工时可按此范围实施控制。但对于三车道隧道，一般V级围岩段开挖宽度约为17 m左右，暂按17 m计算，那么后行洞掌子面与先行洞掌子面的距离不应小于34 m，且后行洞掌子面与先行洞二衬的距离也不应小于34 m，则后行洞掌子面的可调节范围就只有2 m(70 m-34 m-34 m)，这显然是难以做到的。一般来讲，Ⅴ级围岩段的小净距隧道都是处于洞口浅埋段，围岩状况是极差的，采用挖机即可开挖，即使爆破也是弱爆破，因此，后行洞掌子面开挖对先行洞二衬的影响范围也达不到2倍隧道开挖宽度那么大。所以，对于三车道隧道的后行洞掌子面超前先行洞二衬的距离，可作适当调整，笔者认为，后行洞掌子面超前先行洞二衬，可按1.0～1.5倍的隧道开挖宽度控制，也就是17～25 m，如图2所示。这样，一方面可使后行洞掌子面与先行洞的相对关系有一个可调整的范围，即11～19 m；另一方面可保证后行洞开挖后，中间岩柱内部结构重新排列，内部应力释放在一定时间段内有个过程，使先行洞的沉降和收敛进一步发展直到稳定，以减小二衬承受的永久内力，同时也要结合洞内的监控量测结果，待稳定后再施作先行洞二次衬砌。至于“后行洞初期支护(落底成环后的)宜超前先行洞二次衬砌1倍开挖宽度以上”，在大断面隧道施工中可不作硬性规定，以方便现场实施。

图1 小净距隧道双洞掌子面错开距离

图2 大断面小净距隧道双洞掌子面错开距离

Ⅳ级及以上围岩地段，由于二衬到掌子面的距离远大于Ⅴ级围岩段规定的70 m，因此，“先行洞与后行洞掌子面错开距离应大于2倍隧道开挖宽度”和“先行洞二次衬砌宜落后于后行洞掌子面2倍开挖跨度以上”在现场都能做到，可按此要求来控制左右洞间的相对位置关系。

2 台阶法工作面相对距离

2.1 台阶长度

《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2009)6.2节中规定：台阶法施工，台阶长度不宜超过隧道开挖宽度的1.5倍。在《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010)17.2.3条中提到，台阶法包括长台阶、短台阶和超短台阶法3种，并规定：长台阶法中，上台阶宜超前50 m以上或大于5倍洞跨，上下断面可平行作业；短台阶法中，上台阶长度宜在1～5倍洞跨范围内，两台阶不应全部平行作业；超短台阶法中，上台阶仅超前5～10 m，只能采用交替作业。

对于台阶法施工中台阶长度的规定，笔者认为，《公路隧道设计细则》更具有指导性和可操作性，并且该细则将3种台阶开挖法适用的围岩级别也进行了列表划分，见表3。为了统一起见，对于台阶法中的台阶长度及适用围岩类别，应以《公路隧道设计细则》为准。

表3 台阶法分类

2.2 每循环开挖进尺长度

《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2009)6.2节中仅对环形开挖留核心土法有进尺规定，即环形开挖进尺宜为0.5～1.0 m。《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90—2015)9.3节中规定：台阶法和环形开挖预留核心土法施工，上台阶每循环开挖支护进尺Ⅴ、Ⅵ级围岩不应大于1榀钢拱架间距，Ⅳ级围岩不得大于2榀钢拱架间距，台阶下部断面一次开挖长度应与上部断面相同，且不得超过1.5 m。《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010)17.2节中规定：环形开挖留核心土法环形开挖进尺为0.5～1.0 m，不宜过长；三台阶法施工，上台阶开挖长度为1～2 m，中台阶及时跟进，做到及早落底成环。台阶法施工时下半断面的开挖和封闭应采用单侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧拱脚同时悬空，视围岩状况宜控制落底长度为1～2 m，不得大于3 m。

对于台阶法和环形开挖预留核心土法施工的开挖进尺，有“0.5～1.0 m”和“上台阶每循环开挖支护进尺Ⅴ、Ⅵ级围岩不应大于1榀钢拱架间距，Ⅳ级围岩不得大于2榀钢拱架间距”两种表述。笔者认为， “上台阶每循环开挖支护进尺Ⅴ、Ⅵ级围岩不应大于1榀钢拱架间距”划定范围过小，设计图纸中，Ⅴ、Ⅵ级围岩的拱架间距一般为0.5～1.0 m，应根据现场围岩条件综合判断来确定开挖长度，因此，“Ⅴ、Ⅵ级围岩每循环开挖进尺为0.5～1.0 m”比较合理。“Ⅳ级围岩不得大于2榀钢拱架间距”表述方法其实与 “开挖长度为1～2 m”的意思基本一致，因为Ⅳ级围岩地段拱架间距一般为1.0～1.2 m，为了表述方便，开挖进尺长度以m表示更直观，也更能适用于现场施工，因此，“Ⅳ级围岩每循环开挖长度为1～2 m”比较合理。另外，应增加“Ⅲ级围岩每循环开挖进尺长度为2～3 m，Ⅰ、Ⅱ级围岩每循环开挖进尺长度为3～5 m”的要求。

规范对台阶法施工时下半断面开挖进尺长度的规定也有矛盾之处，“台阶下部断面一次开挖长度不得超过1.5 m”的说法过于苛刻，笔者认为, “Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩，台阶下部断面一次开挖长度应与上部断面相同，且不得超过3 m，下部断面的开挖和封闭应采用单侧落底或双侧交错落底，应避免上部初期支护两侧拱脚同时悬空”的要求比较合理。上台阶开挖进尺长度只要确定好，下部断面的标准与上台阶相同。

3 分部开挖法各导洞间相对距离

各规范中，对于中隔壁法或交叉中隔壁法的施工规定：左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15 m。对于双侧壁交叉法、双侧壁导坑法的施工规定：左右导坑开挖工作面拉开距离不宜小于15 m，导坑与中间土体同时施工时，导坑应超前30～50 m。

但是，规范仅规定了左右两侧导坑开挖工作面的最小纵向间距，对于左右导坑工作面间的最大距离未做详细规定，对于二衬到仰拱、二衬到主洞下台阶的距离，也没有详细规定。

参照国内一些文献，结合以往施工经验，笔者认为：中隔壁法或交叉中隔壁法、双侧壁交叉法、双侧壁导坑法施工，左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15 m， Ⅴ级围岩段不宜大于35 m，Ⅳ级围岩段不宜大于45 m；双侧壁交叉法、双侧壁导坑法的导坑与中间土体同时施工时，导坑超前主洞30～50 m；二次衬砌距离下导坑开挖面不大于25～35 m；二次衬砌工作面距离仰拱工作面一般为15～25 m，如图3所示。

图3 分步开挖法各工作面相对距离关系

另外，各规范对于中隔壁法或交叉中隔壁法、双侧壁导坑法施工时，导洞上、下台阶掌子面间的距离均未做具体规定。结合国内一些文献和以往施工经验，笔者认为，导洞上、下台阶掌子面间距宜为5～10 m，仰拱和仰拱回填应紧跟主洞下台阶初期支护。

4 连拱隧道左右洞错开距离

《公路隧道施工技术细则》(JTG/T F60—2009)中的8.2.3条规定：连拱隧道主洞开挖时，左、右两洞掌子面错开距离宜大于30 m。《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010)中的17.2.5条规定，连拱隧道的中导洞开挖法，先贯通中导洞并浇注中墙混凝土，然后采用台阶法开挖左右主洞，最后全断面施作二次衬砌。施工时左右导洞错开的距离不宜小于20 m。

笔者认为，为了减少连拱隧道左、右洞两掌子面开挖施工的震动干扰，同时统一各标准的要求，方便现场控制，施工时执行《公路隧道施工技术细则》(JTG/T F60—2009)中8.2.3条规定的“连拱隧道主洞开挖时，左、右两洞掌子面错开距离宜大于30 m”比较合适。

5 结 语

对于现场施工技术人员来讲，各类隧道设计、施工技术规范就是隧道工程现场施工控制的依据，在具体应用过程中，技术人员有义务、有责任结合实际情况对规范存在的冲突之处以及规范未涉及的施工要求和标准，进一步思考并补充、完善，以便为以后的隧道施工指明方向，使工程技术人员有规可依，有理有据，统一认识，统一标准。