浅埋破碎岩体变间距隧道施工技术

浅埋破碎岩体变间距隧道施工技术

杨龙伟

中铁二局第二工程有限公司610091

摘要：某市政交通工程匝道隧道与主隧道交汇，在约65m长度范围，两隧道净距由6.9m变为0.1m。这种形式满足了线路及交通的需要，但净距变化同时也带来了一系列问题，如工法选择、中岩墙加固、爆破控制等。本文通过调研及现场实践，总结了一些对该类工程的认识，旨在对其施工技术进行探讨，为类似工程提供借鉴。

关键词：小间距隧道变间距浅埋

Constructiontechnologyofvariablespacingtunnelinshallowbrokenrockmass

YangLongwei

Abstract:Theintersectionofamunicipaltrafficengineeringramptunnelandthemaintunnel,inthelengthofabout65m,thetwotunnelnetdistancefrom6.9mto0.1m.Thisformtomeettheneedsofthelineandtraffic,butthedistancechangeshavealsobroughtaseriesofproblems,suchasconstructionmethod,middlerockwallreinforcement,blastingcontroletc..Inthispaper,throughtheinvestigationandfieldpractice,summedupsomeoftheunderstandingofthiskindofproject,aimedatitsconstructiontechnologytoexploreandtoprovidereferenceforsimilarprojects.

Keywords:smallspacingtunnelvariablespacingshallow

1.前言

随着我国的交通建设事业的迅猛发展，小间距隧道已屡见不鲜，并积累了大量的经验和成果，但对于两隧道交汇而形成的变间距段，由于两隧道间距的逐渐减小，较之常规小间距隧道结构在力学特性更为复杂，在加之浅埋、围岩破碎等不利因素，施工风险高。

笔者通过调研国内外小间距隧道既有成果，并根据某隧道变间距段施工实况，提出“先行洞二衬紧跟、后行洞CD法施工、加强支护、中岩墙分段加固、控制爆破”的施工原则，以供类似工程借鉴。

2.工程概况

某市政交通隧道工程，主隧道为双洞双线6车道设计，为满足线路及交通需求，在右线主隧道（16m×13m）进口附近分流出一条匝道隧道（10.8m×9m），两隧道交汇段由分离式隧道、小间距隧道、喇叭口大断面隧道组成，其中小间距隧道段长约65m，净距6.9～0.1m。该段埋深约16～18m，岩性较复杂，为构造影响带，并穿插辉绿岩脉，岩体受构造影响较严重，岩体多呈碎裂结构，局部存在构造角砾夹泥，自稳能力较差，围岩级别多为IV级，局部V级。

3.合理施工方法

3.1先行洞的选择

由于该段两条隧道属于非对称结构，因此需要对两隧道施工顺序进行研究，确定安全的施工顺序，降低施工风险（施工方向由前期施工组织决定，有净距大施工到净距小）。通过数值模拟建立两种工况，工况1优先施工匝道，工况2优先施工大隧道，两隧道均采用台阶法开挖。在对洞周位移、地表沉降、塑性区、衬砌应力等影响隧道变形与施工安全的各项指标进行比较，工况1与工况2各有优劣，但工况1对控制地层变形及围岩的扰动范围方面更为有利，因此以匝道作为先行洞，主隧道作为后行洞。

3.2先行洞二衬施作时机

本段部分净距远小于国内外已建工程的经验以及现有研究成果对最小净距规定，这说明本段中夹岩墙的承载能力是有限的，修建过程偏于危险。通过数值模拟建立了2种工况，工况1先行洞不施作二衬，工况2先行洞施作二衬，两种工况均采用台阶法施工。由两种工况下的围岩塑性区体积比较表明，在先行隧道二衬保护下，围岩受力状态有所好转，特别是对于净距<2m以下隧道段，增加了围岩安全稳定性。

3.2后行洞施工方法

先行洞（匝道）断面面积较小（10.8m×9m），采用台阶法施工。通过数值模拟表明，从衬砌变形来看，后行洞（主隧道）采用CD法比采用台阶法有明显的改善，拱顶沉降减少约10%~28%，拱脚收敛（扩展）减少约20%~40%，支护受力状态减少了40%。因此后行洞采用CD法施工。

后行洞主隧道宽约16m，高约13m，围岩条件为V级，作为后行洞进行开挖。在选择合理开挖步骤时，主要有两种方案可供选择。方案一（III→IV→I→II），先开挖靠近中夹岩墙一侧，再开挖另一侧。方案二（I→II→III→IV），先开挖远离中夹岩墙一侧，再开挖另一侧。

现有研究成果表明中夹岩墙的稳定是小间距隧道是否能顺利修建的关键，对于方案二，在隧道成环之前，前方未开挖岩体与中岩墙为一体，增加了中岩墙的稳定，数值模拟结果也同样表明以上认识。现场实际施工，由于施工组织的需要，在后行洞施工（I、II部分）时，进行匝道二衬滞后施工，先行洞二衬完成后，才能开挖后行洞靠近中夹岩墙的部分（III、IV部分），以此增加隧道修建的安全性，降低事故发生的风险。

4支护参数

小间距隧道后行洞的开挖，促使先后行洞的扰动区叠加、破裂面加宽、塌落范围增加，特别是对于浅埋隧道，成拱效应将会明显减弱，明显增加先行洞上方的荷载，因此对于先行洞要强调已完成支护的强度，而对于后行洞，应强调通过超前支护减小其开挖对围岩及已建隧道的影响以及必要的支护强度，主要参数如下：①匝道拱部φ22砂浆锚杆，L=3.0m，1.0×1.0m；边墙φ22多重防腐锚杆，L=4.0m,间距1.0×1.0m；格栅钢架，间距750mm。②主隧道拱部拱部φ32小导管超前支护，L=3.0m，环向间距@400m；边墙φ22多重防腐锚杆，L=4.0m，1.0×1.0m；格栅钢架，间距@500mm。

5中夹岩墙加固措施及保护

中夹岩墙为小净距隧道修建过程中“薄弱”且受力最不利的关键结构，其承载能力的大小直接关系小净距隧道的施工安全，其强度及稳定性受围岩等级、净距、施工方法等多种因素的影响，其中围岩等级及净距的影响最为显著。在本小净距段，由于净距的不断变化，中夹岩墙的稳定性是也随之变化，因此需要采取有针对性的加强措施。

（1）换填加固

中夹岩墙厚度小于1.5m时，实际施工中尽量保护中夹岩墙，如保留困难，发生破损，则进行填补，如破损区较大或岩体质量过差，则进行超挖，采用C35混凝土对下部岩墙换填。

（2）对拉锚杆加固

中夹岩墙厚度大于1.5m时，对中夹岩墙进行对拉锚杆，锚杆采用φ22多重防腐锚杆（间距1.0×1.0m，张拉力按70kN）。

（3）注浆加固

对于中夹岩墙较破碎段，采用注浆方式进行注浆加固，在匝道施工时从边墙部位打设小导管对岩墙进行加固注浆。小导管水平斜向前方45°打设，小导管规格Φ32×3.25，长度3m，竖向排距2m，纵向每三榀钢架打设一环。注浆初压0.5MPa，终压1.5Mpa，浆液采用普通水泥浆，水灰比0.5～1；如岩体浆液注入率低，采用超细水泥浆，水灰比1：1。

（4）爆破控制

小间距隧道钻爆施工质量直接关系到隧道施工的成败，特别是后行洞爆破开挖对中岩墙的损伤，必须加以重视。因此，必须对钻爆施工进行严格的监测和控制。

在本隧道中首先对钻爆设计进行优化，采用“浅眼、多孔、少药、大时差”基本原则，在后行洞爆破时控制开挖进尺为<=1m，单段允许药量<=12kg；同时在靠近中岩墙侧预留约50cm缓冲层，钻空眼不装药，爆破后采用机械破除的方式。

6结束语

随着交通、环保的要求，大断面公路隧道将越来越多。在两隧道及多隧道交汇的结构中，小间距隧道以其良好的防渗漏水性、造价相对较低、隧道施工相对独立及工艺相对简单等优点，应作为首选。但从上文可以看出，这种“变间距”形式还有诸多问题有待解决，仍需要工程师们进行进一步的探索与研究，为这种新型形式制定出一套比较标准的施工工艺，满足工程建设的需要。笔者通过总结得出以下建议，可供参考。（1）在工法及工序的选择上，要考虑到中夹岩墙过于薄弱失效的情况，因此应采用较安全的工法，并应及时修建先行洞二衬，再开挖后行洞；（2）先行洞应强调支护结构，以承受后行洞的开挖造成的“附加荷载”，而后行洞应加强超前支护和系统支护；（3）中夹岩墙加固措施，应视其厚度和围岩状况，分区分别对待。（4）控制爆破是保护中岩墙的关键，应采取弱爆破、预留保护层等多种方式。

参考文献

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[3]刘彦青，钟世航等.小净距并行隧道力学性态的试验研究[J].岩石力学与工程学报，2000，19(5)：590-594

[4]刘慧.招宝山超小净距双线隧道的安全控爆研究[J].工程爆破，2000，6（1）

作者简介：杨龙伟、1984.1、男、汉族、籍贯：四川省成都市、硕士研究生学历，工程师，工作单位：中铁二局第二工程有限公司，主要从事施工技术研究及管理。