小净距隧道施工技术

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摘要：根据太阳山隧道施工过程分析，全面深入了解其施工工艺，提出类似隧道的关键工序、施工方法、施工技术难点和重点等关键技术，对小净距隧道的应用推广提供坚实的理论依据和可靠的实践经验。

关键词：小净距；隧道；施工技术；中夹岩柱；注浆；加固；预应力锚杆张拉

中图分类号：U45文献标识码： A

1引言

随着国民经济的高速发展对交通设施的需要日益增加，多车道道路不断出现，特别是对土地管理工作不断加强，受地形地貌条件的限制，使小净距隧道不断增多。小径距隧道是指两相邻隧道最小净距宽度小于隧道开挖断面宽度的1.5倍。小净距隧道双洞的中间夹岩柱，其间距介于连拱隧道和分离式隧道之间。小净距隧道的施上方法与普通分离式隧道相比差别不大，但由于中夹岩柱体厚度较薄，稳定性较差，因此，在施工中，合理的开挖顺序、加固与支护方案，以及隧道施工过程控制尤为重要。本文通过工程实例，介绍小净距隧道关键工序的施工与技术要点。

2工程实例

太阳山隧道位于河南省南阳市西峡县太阳山，为左右分离式小净距单向行车直线隧道。隧址区地貌属于褶断侵蚀低山，海拔171～280m，相对高差约110m，山顶尖圆，山势较陡，地表植被发育；进口段地形坡角25°～30°，出口段地形坡角20°～30°；山脊走向近东西向，隧道轴线与山脊走向近正交，隧道穿过山脊最大处高程约为268m。太阳山隧道长192m，开挖断面宽14.0m，高（净空断面）8.8m，中间岩柱净宽为6.3～8.5m。

3洞口施工

3.1长管棚施工

为防止洞口开挖时坍塌，隧道洞口浅埋段施工采用注浆长管棚超前支护进行加固，左线（左洞出口）采用Ф108x6.0mm超前大管棚，一次支护长度30米；右线（右洞出口）采用φ89x6mm超前大管棚，一次支护长度15米。管棚环向间距为50cm，采用89×6mm热轧无缝钢管制作，管壁每隔15cm梅花形布眼，眼孔直径为8mm，注浆采用水泥、水玻璃双液浆液，配合比为：1：0.5。

长管棚施工沿隧道开挖环形轮廓线以外20cm布设，以8°的外插角纵向钻孔，将长管棚打人围岩，用胶泥封堵导向管与长管棚之间空隙后进行双液注浆。注浆初压力为0.5MPa，终压力为1.5Mpa。从两边向中间注浆，当每孔压力逐步升高到设计终压并继续注浆5min以上。

3.2洞口开挖

3.2.1洞口施工原则

洞口开挖遵循“早进洞”原则，减少洞口仰坡扰动，维持仰拱边坡稳定，及时以上至下施作防护，严禁高边坡暴露，提早施作排水系统，形成有组织排水，保持边坡稳定，尽量少用爆破开挖，必要时采取弱爆破方法进行。

3.2.2 洞口开挖方法选择

隧道洞口的开挖方法有台阶法、CD法、CRD法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法或其它组合开挖方法。其开挖均采用多台阶、分段、预留核心土开挖。根据太阳山隧道的具体情况，选单侧壁导坑法和双侧壁导坑法为预选开挖方案。

双侧壁导坑法优点：(1)由于该方法是将开挖断面分成若干块，变形几乎不发展，安全性高。(2)该方法适用于围岩特别差的地质，可减少隧道坍塌等事件的发生。双侧壁导坑法针对本工程缺点：(1) 该隧道其余部分开挖工艺为台阶法，双侧壁导坑法与台阶法施工工艺转化难度。(2) 若隧底两隅与侧墙联结处开挖不利，容易引起应力集中。(3) 施工成本较高。(4) 该法工序繁多，工作面较小，不利于机械设备的充分利用，故进度较慢。

单侧壁导坑法针对本工程优点：(1)施工进度较快。(2)较双侧壁导坑法施工，施工成本较低。(3)根据施工安全性也较高。（4）可使用大型施工机具，最大程度发挥劳动力的功效。单侧壁导坑法缺点：施工安全性较双侧壁导坑法施工稍低。

对比两种方案，单侧壁导坑法仅在安全性上较双侧壁导坑法差，但考虑到可以在中间岩柱侧施作侧壁以保护中间岩柱，且已经采用大管棚作为超前支护，因此结合经济效益选择单侧壁导坑法开挖洞口。

4洞身施工

4.1Ⅴ级围岩施工

4.1.1 施工方法与注意事项

侧壁导坑采用超短台阶法施工，各步开挖每一循环进尺后，应及时施作相应的支护措施。隧道拱部采用预留核心土，弧形开挖施工。隧道施工先掘进洞模筑衬砌应超前后掘进洞开挖工作而不小于50 m。施工中采用短进尺，强支护，及时封闭，初期支护，做到步步为营，稳扎稳打。导坑施工是隧道施工的重要环节，施工时应采用人工开挖或微震爆破，尽量减少对围岩的扰动。必要时，侧壁导坑上半断面掌子面应采用喷射混凝上及时封闭，以保证开挖面的稳定。拱部钢架架立后，在中部核心土开挖前，应在外侧拱脚处及时施作锁脚锚杆。隧道拱部弧形开挖每循环进尺必须控制在2.0 m以内。

4.1.3 支护方式

超前支护采用小导管注浆加固，导管采用直径 50mm ,壁厚5mm,长5. 0m的热轧无缝钢管，管壁每隔40cm。交错钻眼，眼孔直径8mm，但尾部lm不设压浆孔，加强混凝土锚固端力筋。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3.0m，小导管保持1.0m以上搭接长度.开挖时，每循环进尺为0. 75m，开挖后及时施作初期支护。初期支护类型18工字钢，间距75cm，直径8mm钢筋网，间距20@20cm，直径25mm锚杆长度4.0m。间距75@100。下台阶开挖落后于上台阶8m-10m。

4.2 Ⅳ级围岩施工

Ⅳ级围岩地段右洞采取短台阶法开挖，台阶长度控制在10~15m，注意上半断面及基础锁脚锚杆的施工质量。初期支护类型采用：16工字钢，间距0.9m，直径8mm钢筋网，间距20@20cm, 直径25mm锚杆长度3.0m。间距100@100cm。左洞采取超前侧导坑预留光爆层的开挖方法。

5中间夹岩加固

为确保开挖过程中围岩的稳定，减少因隧道间距小导致围岩变形、爆破震动等腰三角形不利因素，满足小净距隧道中间岩柱特有的加固要求，隧道施工时对Ⅳ, V级围岩段的中间岩柱注浆并施加预应力锚杆进行加固，并对中间岩柱进行注浆加固处理。

5.1 中间岩柱注浆加固

V级围岩中间岩柱注浆小导管规格为50mm×5mm注浆初压力为0.3MPa，终压力为1. 5MPa，浆液配合比为：1：0.5。洞口施工完成后，立即沿隧道轴向对中间岩柱正而打入长5m的注浆小导管，注浆加固中间岩柱坡面。当注浆达到强度后进行左洞开挖，向前掘进5m后对中间岩柱改为水平斜向前方45°，打入长10m的小导管并注浆加固，小导管每排7根，按梅花形布设。在IV级围岩段，小导管纵向排间距为2m。小导管规格为50mm×4mm，长度为9.0m，安装注浆管时，在注浆管孔口处用胶泥与麻丝缠绕，使之与钻孔孔壁充分挤压塞紧，实现注浆管的止浆和固定，胶泥凝固到有足够强度后方可注浆。注浆结束后及时对注浆效果进行检查，如未达到设计要求时，必须补充孔后再注浆。

5.2 中间岩柱预应力锚杆张拉

中间岩柱预应力锚杆采用直径25mm中空注浆锚杆。预应力施工时，应严格按规范进行操作。中间岩柱锚固时，预应力锚杆的一端固定，另一端长拉；当张拉到钢筋抗拉设计强度的60%时，进行锚杆初步锁定，当岩体变形稳定，锚杆应力增幅小于15%时，进行锚杆最终锁定；如果杆体应力增幅超过15%时，应放松应力，使杆体应力不超过抗拉应力的75%，同时应采取其它有效措施确保岩柱稳定；当锚杆应力稳定后，进行注浆处理；锚杆固定端和张拉端沿纵向间隔一排布置，在同一截而上先进行1,3,5号锚杆张拉，后进行2, 4, 6以避免产生局部应力集中现象。左右两洞的锚杆在空间上应适当错开。

固定端和张拉端沿纵向间隔一排布置，并间隔进行张拉，以避免产生局部压应力集中现象。张拉一律采用双控法，油压值的误差不得超过±2%，伸长量的误差不得超过±5%。施工中应严格注意安全，千斤顶端部及非张拉端钢筋端部严禁站人，必须在两端加设临时钢板挡块以防预应力钢筋突然断裂弹出伤人。张拉后的钢筋在未灌浆前严禁碰击。灌浆工作必须避开钢筋端部。

6监控量测

现场监控量测是新奥法设计与施工的重要组成部分。通过对隧道进行监控量测,可预测预报围岩变化,优化设计和指导施工,确保隧道施工安全,使工程投资经济合理。太阳山隧道的现场监控量测项目为：拱顶下沉量与水平收敛量。

6.1理论依据――新奥法对围岩变形的基本认识：

（1）新奥法强调，容许围岩有一定的自由变形，同时又要对围岩变形进行控制，避免围岩的过度变形，为此，二衬支护要适时；

（2）以围岩变形历时发展的加速度作判据，来确定围岩的稳定性；

（3）如果变形呈等速或加速度发展，则认定需及时做出险情预警。

6.2 规范依据

根据国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-2001》规定的收敛阈值，经计算，隧道的收敛阈值为9.6cm。

6.3 隧道围岩稳定性分析判断原则

在隧道施工监测中，当预设计的初期支护全部施加、并对局部地段作了补强支护（含注浆）处理以后，可以用围岩变形速率v与该断面实测围岩变形速率最大值v0的比值v/v0作为围岩稳定的判定标准，该比值应不大于由监控量测值作统计回归得出的某一阈值。根据以往典型工程的统计结果，建议该阈值暂可取v/v0的5%~10%。

当v/v0=50%左右时，可以认为变形速率仅略有降低；

当v/v0=33%左右时，可以认为变形速率有所减小，可能行将渐趋稳定；

当v/v0=20%左右时，可以认为变形速率已显著减小，并已接近趋于稳定。

6.4 典型断面分析

YK64+278断面拱顶下沉分析主要是依据2013年10月5日至2013年10月25日的监测资料进行的。图2、图3和图4分别为拱顶累积沉降量值、沉降速率和沉降速率比值随累计时间的变化曲线。目前累计沉降量值仅为10.3cm，已经规范限定的隧道的收敛阈值（9.6cm），且目前沉降速率比值约为70%。

图2 YK64+278断面拱顶下沉量累计值

图3 YK64+278断面拱顶下沉速率随时间变化曲线

图4 YK64+278断面拱顶下沉速率比随时间变化曲线

从图2~图4可知，监控量测已经预测出了该断面有可能发生的险情，但由于在施工中不重视监控量测数据的处理，使得这次险情并没有得到避免。

7结语

通过对太阳山隧道小净距隧道施工的顺利实施，得出以下几点心得： 1)小净距隧道中夹岩墙的稳定对保证施工、运营至关重要，应是设计、监控量测的重点。中岩墙的受力、变形条件随着净距的减小变得极为不利，同时与围岩级别、隧道的埋深有关。2)先行修建隧道初期支护的及时跟进，对于保证中夹岩墙的稳定较为有利，因此，在小净距隧道施工中，初期支护应尽量早上，以保证岩墙稳定。3)对于不同围岩、不同岩墙加固措施的效果是不同的．在选取时宜结合围岩级别、状态，净距等因素合理选取。一般来讲，低级别围岩采取注浆加固效果较好，高级别围岩采取预应力锚杆效果较好，对低级别围岩岩墙加固时，可考虑同时进行注浆和预应力锚杆加固，其效果较好。4）监控量测可以预测隧道险情的发生，在施工过程中应该及时的处理监控量测数据用于指导施工。

参考文献：

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[2] 才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3] 吕康成.隧道工程试验检测技术[M].北京：人民交通出版社，2006.

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