小净距隧道建设的关键技术研究

　　摘 要 本文主要介绍重庆轻轨六号线礼嘉车站隧道施工过程中的小净距隧道合理净距、支护设计参数的选择、施工方法的确定、两隧洞施工相互影响及中夹岩加固技术、爆破振动对小净距隧道的影响等关键技术的研究，经过该项目的实施获得的心得体会。
　　关键词 礼嘉车站 小净距隧道 关键技术
　　1引言
　　随着隧道工程项目的日益增加，特别是我国西部地区的大力发展，在修建山岭隧道时，为了满足两洞间最小净距的要求，往往使隧道展线不灵活、占地面积大、高边坡等问题日益突出，并由此导致工程造价、养护费增加，同时也不利于环境保护。因此，在特殊地段的隧道建设中，连续中、短隧道多采用小净距隧道或连拱隧道型式;长大隧道的建设也常采用洞身段为独立双洞，在洞口段渐变过渡为小净距或连拱隧道。
　　基于小净距隧道的设计、施工技术难点和重点，目前主要集中在几个方面：小净距隧道概念及合理净距的确定;支护设计参数的选定;不同地质条件各施工方法的确定及其优劣之比较;两隧洞施工时的相互影响以及中夹岩加固技术;采用钻爆法施工时爆破震动的影响等。本文结合小净距隧道的建设情况，对上述几方面的研究现状、已取得的初步成果及有待解决的问题等进行综合分析。
　　2研究现状
　　2.1小净距隧道概念及合理净距的确定
　　2004年《公路隧道设计规范》中首次正式提出了小净距隧道的概念:隧道间的中间岩柱厚度小于独立双洞最小净距值的特殊隧道布置形式。我国已修建的部分小净距隧道项目如表1所示。
　　虽然隧道设计规范对各类围岩级别的最小净距做了规定，但隧道设计往往受地形和公路线形的限制，不同围岩地质条件、施工方法和施工工序等都要考虑不同的净距。实际工程中，小净距隧道的净距往往小于规范中所限定的最小净距，并取得了成功。所以，对最小净距的研究成为目前讨论的热点。如秦峰等对5m左右的小净距隧道的施工方法进行了模拟研究;黄拔洲等比较了净距分别为3m和4m时的隧道力学状态;刘艳青等认为两隧道保持在4m左右便于采取加固措施。综合研究成果，考虑小净距隧道的经济性、中夹岩的力学稳定等相关因素，对净距在4-8m范围的小净距隧道开展可行性研究是很有实际意义的。本次礼嘉站宽22.50m，高18.60m，为浅埋大跨超高地下洞室，施工中采用的净距为6m。经理论检验和实践证明，该距离满足隧道安全施工要求。

工程名称	长度 （m）	净间距 （m）	围岩 级别	施工方法	特点
招宝山	169	2.98-4.2	III、IV	台阶法	三车道大跨度
板桃隧道	—	6.14	V	台阶法	铁路隧道进口段I、II线并行
大坪隧道	188	10.5-2.9	—	台阶法	不同跨径
广州地铁2号线公纪区间	112	0.87	IV、V	台阶法 CRD法	超小间距、单双线并行
京福高速系列隧道（13座）	—	4.8-5.2	III-V	—	大规模小净距隧道工程群
仙岳山隧道	1085	19	II-V	—	厦门城市小净距隧道
瓦窑湾隧道	450	4.5	III、IV	台阶法 全断面	中夹岩采取特殊加固措施
菊花台隧道	—	5.23、1.69	IV-VI	台阶法 CD法	超浅埋（0.5-28m），三洞并行，围岩条件恶劣
青山隧道 （内昆线）	699	2.76-12.8	III、IV	超前导洞预留 光爆层法	断面形式多变，中岩柱变化大，围岩条件好

　　2.2支护设计参数的选择
　　目前，关于小净距隧道支护参数的研究并不多见，总体设计原则是考虑在传统分离式隧道的基础上进行加强。但正如规范中所言，尚缺乏Ⅴ类围岩和二车道小净距隧道参考值，对于礼嘉车站的大跨浅埋隧道更无规范可依，因此通过本次礼嘉车站的施工实践可为同类工程提供参考。
　　2.3施工方法的确定
　　小净距隧道施工方法选择的原则是尽可能保证中夹岩柱范围内不出现塑性区过大或连通现象而影响中夹岩岩体的稳定性。目前常用的施工方法有：单侧壁导坑法、台阶法等。
　　本次礼嘉车站施工在已有工法研究的基础上，开发出CD法和双侧壁导坑相结合的方法，国内首次采用此方法进行施工，经理论验算和实践证明了该工法的先进性和可靠性，也可为重庆地区类似工程的施工提供参考。
　　步序：(1)、1部开挖及初支;(2)、2部开挖及初支;(3)、3部中支柱浇注;(4)、4部开挖及初支;(5)、5部开挖及初支;(6)、6部开挖及初支;(7)、7部开挖及初支;(8)、8部拆除中支柱;(9)、9部开挖及初支;(10)、10部开挖及初支;(11)、11部仰拱开挖及初支;(12)、12部仰拱开挖及初支;(13)、13部仰拱开挖及初支。
　　2.4两隧洞施工相互影响及中夹岩加固技术
　　相互影响是小净距隧道区别于分离式独立隧道的本质所在;小净距隧道之间的相互影响主要决定于以下几方面:(1)隧道净距与围岩级别;(2)隧道的相对位置关系;(3)隧道的开挖方法及施工工序;(4)隧道的断面大小及衬砌结构型式。开挖洞室时，紧邻洞室的围岩初始应力场会产生很大变化，随着距孔洞距离的增大，应力场的扰动量将迅速衰减，对一定距离以外的范围可忽略开挖引起的影响，这就是洞室开挖的影响区范围问题。对于两个或多个邻近洞室，若各个隧道影响范围彼此不重叠，每个洞室可视为与相邻洞室脱离的单个洞室，进行应力分析时可忽略洞室之间的相互影响。而对于小净距隧道，两个隧道的影响范围相互叠加，相邻洞室之间存在相互作用，从而使隧道的施工力学特征有别于独立单洞。如何较为准确的考虑、计算隧道间的相互影响至今还是一个很难的问题。
　　通过对礼嘉车站两洞间距分别为5m、6m、7m、10m、15m时的拱顶沉降进行了分析，图2、图3分别为间距为5 m和10m时的竖向位移。
　　从上图可以看出：随着隧道间距的增大，拱顶位移呈减小趋势，当间距达到一定远距离时，对隧道拱顶位移影响将将一步减小，最终无影响。因此，实际施工时应对间距进行分析研究，以获得最优的间距。
　　2.5爆破振动对小净距隧道的影响
　　众多施工现场监测信息表明，中夹岩柱是开挖爆破施工影响的主要承载体，是小净距隧道施工中的薄弱环节。因此，国内展开了对爆破振动影响的研究，并已取得较为明显的成果。
　　为了克服和降低爆破施工带来的影响，相应地开展了对中夹岩加固技术的研究。现有加固技术主要为大吨位预应力锚索、对拉锚杆、小导管注浆和水平贯通锚杆等方法。那么，一种加固技术是否适用于不同类别围岩;选定一项加固技术后，其设计参数如何考虑;为保持中夹岩稳定，同时施作两种或两种以上加固方法是否可行等问题在小净距隧道的研究中尚未见相关论述，有待于进一步的研究。
　　3理论分析
　　目前，关于小净距隧道的理论计算主要有以下两种:
　　(1)围岩应力理论。该理论认为拉伸破坏和剪切破坏是岩石的主要破坏形式，通过对侧壁不加约束和加约束时的剪力大小的比较，为小净距隧道提供可行性理论依据。
　　(2)数值模拟方法。数值模拟研究方法借助于高性能的计算机仿真模拟技术，能实现较大范围内的方案选择和参数舍取，如断而形状及尺寸大小、地层变化的影响、开挖后和支护前后的围岩稳定程度等，从而摆脱对施工经验的过分依赖。该方法不仅能模拟施工过程中应力的变化，也可反映出围岩在不同施工条件下的各类变形情况，为设计和施工提供了参考依据。
　　4结语
　　尽管小净距隧道目前已得到了很大的发展，具备了一定的理论基础和实践经验。本次礼嘉车站的超浅埋大跨小净距隧道施工在积极总结已有施工经验、开发新的施工方法上做出了很大的探索，但关于小净距隧道一些问题的研究仍显不足，主要问题有：
　　(1)小净距隧道的选型。相比分离式隧道及连拱隧道两种隧道形式，小净距隧道可以较好地适应公路选线受到限制的情况，尤其能处理好桥隧相连的路线接线问题，因此需要展开对小净距隧道线形连接上的针对性研究。
　　(2)不同围岩类别情况下小净距隧道的标准断面、尺寸的拟定。
　　(3)不同地质条件下小净距隧道的施工方法、施工规程及质量检测技术的标准。
　　参考文献：
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　　[4]黄成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社,2008

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