小凈距分離式曲線隧道施工方案研究

劉 堅

（山西省交通新技術發展有限公司，山西 太原 030012）

1 情況綜述

《公路隧道設計規范》中明確了小凈距隧道的概念: 小凈距隧道是指隧道間的中間巖柱厚度小于獨立雙洞最小凈距值的特殊隧道布置形式。隧道設計規范對小凈距隧道各類圍巖級別的最小凈距做了明確規定，但在地形和公路線形的限制下，不同圍巖地質條件、施工工序等的影響下，實際設計時要考慮不同的凈距，有時會小于規范中所限定的最小凈距[1]。

隨著我國西部地區隧道工程的大力發展，在山嶺隧道修建時，常常為了能夠滿足兩洞間最小凈距的要求，會出現隧道展線不靈活、占地面積大、高邊坡、工程造價及養護費增加、不利環境保護等各種各樣的問題[2]。因此，連續中、短隧道在特殊地段的施工中，常采用小凈距隧道或連拱隧道型式。故小凈距分離式曲線隧道施工方案的研究具有重大的工程意義和推廣價值。

2 工程概況

臥龍溝2 號隧道為一座四車道高速公路小凈距分離式隧道，進口左、右洞凈距為6.66 m，出口左、右洞凈距僅為4.78 m。隧道位于甘肅省臨夏縣境內，地質條件復雜。隧道右線起訖樁號為K9+257—K9+544，全長287 m，左線起訖樁號為ZK9+398.06—ZK9+690.34，全長292.28 m。隧道最大埋深約為43 m，其中隧道左線處于淺埋偏壓帶。整個2 號隧道覆蓋層圍巖裂隙及節理發育，巖體破碎，自穩能力及支承能力差。隧道涌水補給為地表匯水，洞內在雨季或春季可能存在淋雨狀出水。隧道進出口洞門均采用端墻式，隧道明洞長度/圍巖等級/長度：右線明洞進出口長度各為5 m，圍巖Ⅴ級277 m；左線明洞進口長度 18 m，出口長度 13 m，圍巖Ⅴ級261.28 m。隧道建筑限界左洞寬度為10.55 m，右洞寬度為10.25 m，高度為5.0 m。

臥龍溝2 號隧道右線平面線形為R=500 m，左線進口平面線形為R=510 m，縱坡為單向坡，右線為2.929/287 m，左線為2.929／292.28 m。

3 小凈距分離式曲線隧道施工控制要點

小凈距隧道是有別于連拱隧道的一種特殊的隧道結構形式，特別適合于中短隧道。對于小凈距隧道的兩隧道間距小的情況，會對中夾巖墻的受力、變形產生極為不利的影響，是設計、施工和監控測量的關鍵部位。

3.1 支護設計參數的確定

小凈距隧道支護參數的總體設計原則是考慮圍巖受力情況，在分離式隧道傳統支護參數的基礎上進行加強。

3.2 施工方法的研究

小凈距隧道施工方法研究的方向是在中夾巖柱范圍內保證不出現塑性區過大或連通現象，加強中夾巖巖體的穩定性。目前常用的施工方法有：單側壁導坑法、臺階法等。

3.3 小凈距隧道間的相互影響及中夾巖穩定加固技術

小凈距隧道與分離式獨立隧道最大的區別在于間距較小的兩個隧洞在施工過程中的相互影響，主要體現在以下幾個方面：a）兩隧洞間凈距的大小以及隧道圍巖類別；b）兩隧洞的相對位置；c）隧道施工選擇的開挖方法及施工工序。在洞室的開挖過程中，與洞室相鄰的巖體初始應力會發生很大的變化，巖體與隧洞的距離不斷增大，巖體的應力擾動量會迅速衰減，增大到一定距離后，可忽略開挖過程造成的影響，這就是隧道洞室開挖的影響區域范圍。對于多個鄰近的洞室，如果各個洞室之間的影響范圍相互不重疊，每個洞室可視為不被相鄰洞室影響的獨立洞室，在進行圍巖應力分析時可不考慮洞室之間的相互影響；對于間距較小的小凈距隧道，兩個隧洞的影響范圍就會相互疊加，相鄰洞室之間也存在著相互作用，故小凈距隧道中夾巖的施工力學特征明顯區別于獨立單洞，準確計算隧道間的相互影響至今還是一個難題。

3.4 爆破振動對小凈距隧道的影響

在以往的施工現場監測信息表明，中夾巖體是影響開挖爆破施工的主要承載體，是小凈距隧道施工圍巖穩定控制中的薄弱環節。因此，在隧道施工中對爆破振動影響的研究在不斷展開，并取得了較為明顯的成果[3]。為了克服和降低爆破施工帶來的影響，目前現有加固技術主要為大噸位預應力錨索、對拉錨桿、小導管注漿和水平貫通錨桿等方法。

4 小凈距分離式曲線隧道邊仰坡開挖

臥龍溝2 號隧道邊仰坡刷坡時左右洞一起刷，通過現場對地質情況的踏勘，邊仰坡圍巖為松散狀坡積體，穩定性極差，刷坡時采取刷1 m 掛網錨噴1 m，然后再繼續下刷的方式進行施工，由于邊仰坡圍巖薄弱，現場在刷坡同時施做截水天溝。

5 小凈距分離式曲線隧道大管棚施工

臥龍溝2 號隧道原設計大管棚為57 根30 m長的Φ108 鋼管，打設范圍為180°，考慮到洞口段埋深小，且圍巖破碎，可能為松散坡積體，中夾巖的穩定性差，受力后極易發生滑塌，為提高進洞的安全性，在實際施工過程中，對設計大管棚進行了調整，中夾巖兩側的大管棚直接落到底同時在中夾巖處每個洞增加 7 根 Φ108 鋼管，4 個洞共增加 28 根Φ108 鋼管。

6 小凈距分離式曲線隧道開挖工法

6.1 開挖工序

小凈距隧道采取CD 法開挖時兩洞工序及分部開挖工序要求為：先行洞襯砌施工領先于后行洞初期支護30～40 m；單洞分部開挖時1 號上臺階領先于1 號下臺階5～10 m，1 號下臺階領先于2 號上臺階5～10 m，2 號上臺階領先于2 號下臺階5～10 m，形成4 步流水作業面。

6.2 開挖支護方法

對于中夾巖厚度大于6 m 的段落，中夾巖采取D25 中空注漿錨桿注漿加固；對于中夾巖小于6 m的段落，采取D25 中空對拉錨桿注漿并施加50～80 kN 預應力對中夾巖進行加固。

6.2.1 6 m＜中夾巖≤12 m 開挖支護工法

a）超前小導管與大管棚之間必須要搭接1 個循環長度，即在大管棚末端2.4 m 處開始實施第一個循環的超前小導管，對前方開挖線外巖體進行預加固（見圖1）。

圖1 6 m＜中夾巖厚度≤12 m 小凈距隧道斷面圖（比例：1∶100）

b）CD 開挖、支護工法及注意事項。

（a）以弧形導坑開挖1 號上臺階，初噴后立架，拱架上下端均打設鎖腳錨桿對拱架進行支撐→打設D25 徑向注漿錨桿（注漿）→噴混凝土→開挖1 號上臺階→初噴、施做臨時鋼支撐（16 工鋼）→臨時鋼支撐頂端與1 號上臺階鋼拱架采用連接板焊接，下端施做鎖腳錨桿→打設φ22 砂漿錨桿→噴混凝土。

（b）1 號上臺階掘進5～10 m 后→以導坑法開挖1 號下臺階初噴后立架，拱架下端打設鎖腳錨桿對拱架進行支撐→打設D25 徑向注漿錨桿（注漿）→噴混凝土→拉渣回填。

（c）1 號下臺階導坑、1 號下臺階開挖5～10 m后→開挖2 號上臺階→初噴立架→拱架上端與1 號上臺階鋼拱架連接，拱架下端施做鎖腳錨桿→施做D25 徑向中空注漿錨桿（注漿）→噴混凝土→拆除臨時鋼支撐→2 號上臺階開挖5～10 m 后→以導坑法開挖2 號下臺階初噴后立架，拱架下端打設鎖腳錨桿對拱架進行支撐→打設D25 徑向注漿錨桿（注漿）→噴混凝土→拉渣回填導坑。

（d）仰拱開挖 由于該隧道埋深小，間距小，圍巖條件差，仰拱開挖采取短開挖及時封閉成環的原則，每次開挖2 榀，封閉成環噴混凝土后再開挖，封閉成環3 m 后立即進行仰拱混凝土施工（見圖2）。

圖2 6 m＜中夾巖厚度≤12 m 小凈距隧道工序流程圖

6.2.2 中夾巖≤6 m 開挖支護工法

中夾巖≤6 m 開挖支護工法與中夾巖≥6 m 的開挖支護工法基本一致，主要區別在于中夾巖厚度≤6 m 的段落每循環先行洞施做D25 中空對拉錨桿，先行洞在對拉錨桿注漿后進行初次張拉，后洞開挖暴露錨桿端部時，對錨桿進行張拉錨固（50～80 kN）（見圖3）。

圖3 中夾巖厚度≤6 m 小凈距隧道斷面圖（比例：1∶100）

對拉錨桿施做工藝：D25 對拉錨桿采用風鉆直接從左洞打入右洞→清孔→安裝錨桿（兩端以露出設計初支面20 cm 左右為宜）→安裝止漿塞→注漿（漿液溢出孔口）→頂緊止漿塞→安裝錨墊板及螺母→采用扭力扳手實施初應力（以錨墊板與初支面密貼為止）→右洞開挖（露出錨桿尾部）→安裝錨墊板及螺母→張拉采用扭力扳手張拉至設計值50～80 kN（見圖4）。

圖4 中夾巖厚度≤6 m 小凈距隧道工序流程圖

7 小凈距隧道施工要點總結

a）臥龍溝2 號隧道整體巖性為淺埋強破碎地帶，圍巖自穩能力及支承能力很差，隧道富水條件好，先行洞受偏壓作用，后行洞受擾動作用，小間距中夾巖受后洞開挖圍巖應力二次分布后的集中應力作用，極易發生滑塌、大位移，甚至冒頂，隧道施工風險大。

b）隧道超前預支護嚴格按設計施做，注漿量根據現場注漿效果而定，但保證對前方軟弱圍巖固結到位確保開挖安全。

c）鋼拱架施做嚴格按設計間距控制，鎖腳錨桿打設長度、角度及注漿滿足設計要求，鎖腳錨桿的連接采用冷彎的U 型筋，保證U 型筋與鎖腳錨桿的焊接長度及焊縫質量，以約束拱架的位移。

d）開挖斷面的預留量根據圍巖情況及初支監控量測數據分析適當調整，但保證不小于設計預留量。

e）徑向注漿錨桿的數量、長度、注漿量嚴格按設計實施。

f）加大對隧道初支的監控頻率，建立監控預警機制，一旦監控數據突變時，現場立即做出應急反應，以確保人員、設備安全。