小净距隧道施工控制要点

沈天佑

摘要： 小净距隧道通常是指并行双洞隧道间夹岩石厚度较小，一般小于1.5倍隧道开挖断面宽度的一种特殊隧道结构型式。本文针对成渝客专新中梁山隧道小净距隧道的特点，从施工角度探讨小净距隧道的超前支护、洞身开挖、中间岩柱加固、锚喷支护、监控量测等关键工序的施工方法和技术措施。

Abstract： A small spacing tunnel usually refers to a special tunnel structure with a small thickness between two parallel double tunnels and generally less than 1.5 times the width of the tunnel excavation section. In this paper， according to the characteristics of the Zhongliangshan Tunnel with small spacing tunnel in Chengdu-Chongqing Highway， this paper discusses the construction methods and technical measures of key processes such as advanced support， excavation of tunnel body， reinforcement of middle rock columns， support of anchor and shotcrete， monitoring and measurement， etc. from the perspective of construction.

關键词： 隧道;小净距;中间岩柱;施工技术

Key words： tunnel;small spacing;middle rock column;construction technology

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）07-0128-03

1 小净距隧道的定义

小净距隧道通常是指并行双洞隧道间夹岩石厚度较小，一般小于1.5倍隧道开挖断面宽度的一种特殊隧道结构型式。只有确保小净距隧道施工过程中岩柱的塑性区不重叠，才能视为小净距隧道中间岩柱的合理厚度。通常情况下要求Ⅲ级围岩的合理净距应大于0.30B，Ⅳ级围岩的合理净距应大于0.50B，V级围岩的合理净距应大于0.75B。广义上可认为隧道净距小于表1限值时均为小净距隧道，但分析相邻隧道的空间关系发现，也可将小净距隧道分为三种基本型式，即错台、交叉重叠及平行。

2 施工隧道概况

成渝客专新中梁山隧道是两座单线隧道，是左右线分修的，其中右线长4119m，左线长4124m，两者之间的间距在19.5m～65.5m的范围内，中间岩柱净宽约9～65m，最小覆盖层厚度4.7m，最大覆盖层厚度270m，隧道内部环境复杂，多次通过小型煤窑采空区，下穿或上跨多条既有铁路和公路隧道，洞口浅埋段上部为居民区，使得其施工环境极其复杂。新中梁山隧道左右线隧道分别于D3K293+834、YDK293+823两处上跨拟建童西线新双碑隧道（渝黔线引入重庆枢纽工程），左线与童西线相交角度约84°，右线与童西线相交角度约82°。左线与童西线轨面高差13.2m，净距1.1m;右线与童西线轨面高差13.3m，净距1.2m。同时由于成渝客专需联接至重庆北站和重庆西站，需在洞内设置三处大跨段，分别引出重庆北站左联络线、重庆北站右联络线和重庆西站右联络线。重庆西右联络线起点CXLYDK0+000=右线YDK292+520;重庆北左联络线起点CXLZDK0+000=左线D3K293+160;重庆北右联络线起点CXLYDK0+000=右线YDK292+520，三条联络线与所在正洞施工的最小净距不足1m。据此，可以看出新中梁山隧道为三种形式兼具的小净距隧道。

3 隧道施工技术及控制要点

3.1 隧道小间距段开挖特点

①由于隧道之间间距小，为了不破坏隧道中隔墙围岩结构不被破坏，必须采用“分层爆破，层层扩挖”的方案降震，以确保中隔墙围岩的稳定。

②交叉施工干扰。

3.2 隧道小间距开挖难点

①单线隧道分层剥离控制爆破技术。

②小间距地段两条隧道爆破时安全控制。

3.2.1 施工方法

重庆北左联络线开挖时，由于中隔墙厚度只有1.6m，为确保中隔墙安全，只能采用效率较低的人工辅助机械，超短台阶法施工，各步开挖每一循环进尺后，都必须采取必要的支护措施。隧道拱部弧形开挖施工，采用预留核心土。施工期间坚持短进尺、强支护、及时封闭、初期支护。为保证开挖面的稳定，在必要的情况下，应对采用喷射混凝土及时封闭上断面掌子面。隧道拱部弧形开挖每循环进尺必须控制在2.0m以内。拱部钢架架立后，应先在外侧拱脚处及时施作锁脚锚杆，然后再开始在中部核心土开挖。

待中隔墙厚度满足正常施工是在进行正常爆破开挖，以减小爆破对中隔墙围岩横向的冲击。

3.2.2 钻爆设计

在铁路施工中对于中小净距双洞隧道施工而言，控制爆破作业是施工项目的重难点，该环节工作不仅要确保周围岩层的稳定性，还要在此基础上最大限度的减少其周围岩层的变形及受到不利影响等。endprint

小净距隧道钻爆施工质量直接关系到隧道施工的成败，为了保证中岩柱的稳定，钻爆作业应监测各参数对其最终结果存在的影响，包括爆破震动、围岩爆破扰动深度等参数，从而确定有效方案对爆破震动进行合理控制。小净距隧道地段地质复杂，中夹岩柱的宽度较小，如此先开挖隧道操作势必会影响到之后的开挖隧道操作，基于此，最好将先开挖隧道衬砌处的振动速度控制在10cm/s以内，之后的隧道各段爆破药量的计算也需要将该因素考虑在内。采用微差控制爆破，可有效避免爆破震动波的叠加，根据震动测试确定各段起爆时间。

①震动速度的计算。

分析震动速度的衰减规律发现，可利用下列公式预估计算震动速度：K（Q1/3/R）α=V

式中：

α—与地质条件有关的系数;

R—从测点到爆破中心的距离，单位m;

Q—装药量，单位kg;

K—与爆破场地有关的系数;

V—质点震动速度，单位为cm/s。

参考以下地质条件，K、α的值可近似选取：

场地为覆盖浅层表土：K=300，α=1.60;

场地为基岩：K=220，α=1.67;

场地为坚硬基岩：K=150，α=1.70。

②爆破时间间隔的计算。

将爆破震动持续时间记录下来，利用下式可计算出两段爆破的时间间隔：

（Ri-Ri+l）/Vs+Tyi =Ri/Vs+Tyi-Ri+l/Vs=？驻t

式中：

Tyi—第i段爆破的震动持续时间;

Vs—不同岩石中的波速值;

Ri和Ri+l分别为第i段和第i+l段爆破中心距要求的控制震动点的距离。

3.2.3 支护方式

当隧道净距不同时所采取的支护方式存在较大不同，若隧道净距在1.5B以下，应结合实际情况对其进行分类处理;若隧道净距在1.5B以上，无需进行特殊加固设计，只需采取施工控制措施即可。因此，支护方式并不是一成不变，它随着项目实际情况的不同存在不同的形式，相关部门和人员应随机应变，灵活应对。

①净距>1.5B。

隧道净距在1.5B以上时，隧道超前支护采用小导管注浆加固，导管采用Φ42×3.5mm，长3.0m的热轧无缝钢管。施工时，小导管与衬砌中线平行，以8°仰角打入拱部围岩，前后排导管打入点间距为2m，小导管保持1m以上搭接长度。开挖时，每循环进尺为1m，与钢拱架间距相同，开挖后及时施作初期支护。初期支护类型格栅钢架，间距1m，？准6mm钢筋网，间距20×20cm，Φ22mm锚杆长度3.0m。间距1.2×1.0m。下台阶开挖落后于上台阶8m～10m。

②净距<1.5B。

当隧道围岩为V级且下穿遂渝高速大学城而隧道净距在1.5B以下时，采用台阶法施工，Φ75中管棚长8m超前支护，全环格栅钢架0.8m/榀，采用控制爆破，超前帷幕注浆堵水;施工中采用超前钻孔、加深炮眼探测，开挖后采用地质雷达扫描，并辅以红外探水，加强施工通风及监控量测。

3.3 中间岩柱加固

一般隧道的设计文件对Ⅲ类围岩深埋段和Ⅳ类围岩地段仅在岩石破碎带局部加固中间岩柱。新中梁山隧道施工部署是先开挖一个洞，在开挖支护后对岩柱进行加固注浆，前一个洞超后一个洞约30m后再进行后一个洞的上台阶开挖，后一个上台阶施作初期支护后安装中间岩柱的预应力锚杆。

3.3.1 中间岩柱对拉锚杆的施工

新中梁山隧道左线正洞与重庆北左联络线中间岩柱最小净距1.6m，张拉设备采用穿心式单作用千斤顶，中隔墙采用对拉锚杆？准25螺纹钢筋，锚杆一端张拉。另一端固定，预张拉应力为50kN。为了避免出现局部压应力集中问题，应在同一截面上间隔进行张拉，且要求锚杆固定端和张拉端沿纵向间隔一排布置。在油泵开动、压力表指针稳定时进行螺纹钢筋的锚固。

采取边张拉、边拧紧锚具的方法进行千斤顶施加预拉力，施加初始预加力的相应油压值通常情况下是设计油压的10%，基本上采用双控法进行预拉力锚杆的张拉，但对伸长量和油压值都存在较高的要求，伸长量的误差不得超过±5%，油压值的误差不得超过±2%。

在实际施工中由于存在一定的危险性，禁止在千斤顶端部及非张拉端钢筋端部站人，并且在这些可能存在危险的地方加强防护措施，最大限度的避免安全事故发生。此外，油压系统也存在一定的安全隐患，应注意防患于未然。

3.3.2 锚喷支护施工

初期支护施工包括型钢拱架支撑、径向锚杆、网喷混凝土、素喷混凝土等，依据施工现场的实际情况具体情况具体分析，选用最佳支护方案。开挖面措施结束后及时开始初喷，如此不仅能够缩短围岩暴露时间，还能够有效避免围岩变形。之后开始复喷，要求其厚度到位至开挖掌子面的距离不能超过50m。

中夹岩墙的塑性区范围受到两隧道净距的影响，两者之间是反比的关系，当净距较小时，岩墙出现贯通的塑性区。并且塑性区的大小受到多项因素的影响，包括围岩的类别、隧道的埋深等，通常塑性区会随着围岩类别降低而增加，两者之间是反比关系;塑性区会随着隧道埋深的增加而加大，两者之间是正比关系。

小净距铁路双洞隧道施工控制的重难点就是中间岩柱的加固及确保其稳定性，由于此类隧道施工比普通隧道施工更为复杂，在具体的措施中应先详细了解隧道的各项实际情况，有的放矢的制定稳定方案，加固周围岩层，将隧道建设合理化及经济化。

4 围岩监控量测

4.1 圍岩监控量测的目的

①根据监测围岩应力和变形情况，掌握围岩和支护系统的力学动态，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和施工安全。

②对量测数据分析处理，进行信息反馈，对已开挖、支护的力学状态进行评价，对有限情段采取必要的补救措施，对下一步施工参数进行调整，确保隧道采用信息化手段施工。endprint

③积累量测数据，为今后小净距隧道设计施工提供工程类比依据。

4.2 量测项目

该隧道必须进行监控量测的项目：工程地质及现状观测，周边收敛位移量测，拱顶下沉量测，地表下沉量测，钢支撑、锚杆应力及喷层表面应力量测，二次衬砌内应力、表面应力及裂缝观测。

4.3 量测数据的处理与应用

①根据现场量测数据及时绘制位移—时间曲线，曲线的时间坐标下应注明施工工序以及开挖工作面离量测断面的距离。

②当位移—时间曲线趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和位移变化规律。

③当位移—时间曲线出现反弯点时，表明此时的围岩和支护已处于不稳定状态，必须停止开挖，对危险地段加强支护，密切监视围岩动态，确保已开挖段的安全。

④通过量测数据的分析处理，提供判别围岩和支护系统基本稳定的依据，掌握围岩稳定性变化规律，提出修改支护、衬砌设计参数和施工方法，确定二次衬砌和仰拱的施作时间。

5 施工注意事项

隧道施工中应对一些重点部门加强监测和支护，比如中间岩柱偏上岩体、拱顶、地面表层等，具体施工中应注意以下方面：

①认真做好各项准备工作，包括超前支护、超前预加固等，严格控制每循环开挖进尺，确保在开挖期间不出现各类开挖安全事故。

②若采用构件支撑作为临时支撑，为确保支撑能够承受住开挖后的围岩能力，要求其具有足够的刚度和强度。若围岩稳定性存在异常，应先采取必要的措施对其加固，使其保持稳定，支撑作用不可或缺，应充分发挥构件支撑作用。

③加强信息化施工。地质检测工作对于施工而言具有重要的现实意义，只有让施工项目实现信息化和现代化，才能将支护工作的价值更大的发挥出来。

④及时施做仰拱形成封闭支护结构以控制围岩变形。

⑤结合地质实际情况，在合理的基础上，采用超前小导管预注浆技术对中夹岩体进行预加固。

⑥在小净距隧道中夹岩体施加适当的预应力，综合改良其岩体。

6 結论

通过该隧道施工，得出以下经验：小净距隧道施工难度、工期和造价略高于分离式隧道，在自稳性差的地质条件下，尽可能坚持“早进洞，晚出洞”原则。小净距隧道施工工序控制很重要，通过正确安排相邻隧道的开挖、支护的间隔和顺序，有效控制相邻隧道之间由于净距较小引起的围岩变形，保证隧道结构安全。

参考文献：

[1]铁路隧道施工规范[S].

[2]王海亮.铁路隧道工程爆破[M].

[3]王毅才.隧道工程[M].

[4]关宝树.隧道工程施工要点集[M].

[5]秦卫，王飞.超小净距隧道设计研究与应用[M].

[6]潘晓马，张成满，温向东，王慨慷.新建隧道施工对邻近既有隧道安全性影响数值分析[J].铁道建筑技术，2002（01）.

[7]G.W.E. Milligan. Site-based research in pipe jacking—objectives， procedures and a case history[J]. Tunnelling and Underground Space Technology incorporating Trenchless Technology Research. 1996.

[8]姚勇，何川，周俐俐，童庞.爆破振动对相邻隧道的影响性分析及控爆措施[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2007（06）.endprint