浅谈小净距隧道建设关键技术的应用
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[摘 要]小净距是有别于连拱隧道和分离式隧道的一种特殊的隧道的结构形式，是从工程实践中衍生出来的一种新的结构形式，特别适合于中短隧道。研究表明，对于两隧道间距较小的小净距隧道，中夹岩墙的受力、变形极为不利，是设计、施工和监控测量的关键部位。所以，中夹岩墙的稳定是小净距隧道建设成功的关键。小净距隧道的优点是对路线、路基影响较小，且其造价较低，但其施工方法和中岩柱加固技术还处于研究发展阶段。文章从一些典型双洞小净距隧道施工等多方面入手，总结了小净距隧道设计和施工各方面经验，其中包括合理净距取舍、超前支护、开挖方法、中夹岩加固等。同时对小净距隧道施工中的几个重要方面做出了比较全面的经验总结，并提出了建议。
[关键词]小净距隧道；超前加固；中夹岩；合理净距
中图分类号：F335 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）10-0252-01
1 小净距隧道的合理净距
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，对中间净距的最小可能值与合理间距的研究成为目前讨论的热点。综合研究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；同时对受地形条件限制较大的隧道，通过数值模拟分析与合理施工安排，将净距控制在2m左右也是很有应用前景。
中间岩柱的稳定情况是衡量小净距隧道净距取舍是否合理的主要指标，除了在施工阶段要对中间岩进行加固外，净距的取舍要充分考虑中间岩柱的稳定性。通过多种实验证明，施工方法和埋深对中间岩柱稳定性的影响是次要的，围岩级别一旦确定，净距就成为了影响中间岩柱稳定的主要因素。一旦净距的取值小于合理值，中间岩柱就会破坏，双洞就会形成联合落拱，给工程带来严重的损失。所以在选择净距大小时应慎重，对于Ⅰ、Ⅱ级围岩，比较合理的净距应在0.2B～0.35B之间，对于Ⅲ级围岩净距大于0.25B时双洞就能自稳了，对于Ⅳ级围岩，净距应在0.35B～0.45B范围之间，对于Ⅴ级围岩，小净距选取的合理范围应在0.75B左右。
2 超前支护
由于小净距隧道的净距较小，施工难度较大，为了保证施工安全，在开挖前的超前支护及加固显得非常重要，特别是在围岩岩性比较差的时候，这种超前支护措施显得格外重要。注浆预加固是超前支护的主要措施，其方法主要有：
（1）小导管注浆，主要适用于掌子面能够短时间稳定或者围岩稳定性能很差、地下水较少的地层；（2）大管棚注浆，由于这是种长距离的支护措施，主要适用掌子面不能自稳，而且含水的地层，常与刚架共同组成预支护体系；（3）大管棚注浆加小导管补充注浆，除具有（2）的特点外，还能够防止管棚下方三角形土体的塌落；（4）水平旋喷桩预支护和水平旋喷桩加小导管补充注浆；在选用超前支护方法时不但要考虑各种超前支护的使用范围和特点，还要考虑超前支护参数问题。
3 开挖方法
《规范》中建议对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩选用超前导坑预留光面层的开挖方法，Ⅳ级围岩选用侧壁导坑法或台阶法施工，Ⅴ、Ⅵ级围岩选用单侧壁或双侧壁导坑法施工，同时两主洞掌子面建议保持在1～2倍洞径的距离。
从工程安全性方面讲，《规范》中建议的开挖方法有其合理性，而工程实际中还可根据工程具体情况进行变化。从京福高速公路小净距隧道开挖方法和其它工程实例情况看，在Ⅴ级围岩中选用侧壁导坑法开挖的隧道数量还不到一半，而大部分隧道选用了上下台阶开挖方法，在Ⅳ级围岩隧道开挖时几乎都选用了上下台阶法，在Ⅲ级围岩隧道开挖时全断面法开挖与上下台阶法开挖各占了很大比例，而只有个别隧道选用了下导坑超前预留光面层开挖方法。由此可见，在小净距隧道施工方法选择上，上下台阶法仍然是首选的，这主要是因为侧壁导坑施工工序繁琐，且施工空间狭小、在撤换支护结构时施工比较困难的原因所致。而选用台阶法开挖时，如果围岩自稳能力不好时，也可以变为上部弧形导坑留核心土法加以应对。在实际工程中，即使选用侧壁导坑法，笔者认为其断面也应做些调整，不宜使用弧形断面，而以直墙拱形代之会使施工空间更为宽敞，而且这种断面形式的侧壁导坑还可用作运输通道。如果在主洞开挖之前已经采用了长管棚和地表注浆等辅助工法对地层进行了加固，对施工安全又起到了很好的保障，此时开挖方法选用上下台阶法更为合理，不但可以减少开挖工序，减少开挖对围岩的扰动次数，而且开挖作业空间大，施工难度低，易于施工组织。
4 中夹岩的加固处理
小净距隧道中夹岩的厚度一般小于1.5倍洞宽，远小于普通分离式双洞的中夹岩厚度，施工中该处必会出现二次应力场叠加，从而出现应力集中，所以对中夹岩的加固处理变得尤为重要。中夹岩的加固原理就是使中夹岩处于三向受压状态，从而达到改善岩体的受力状态，提高围岩的承载力。
中岩柱所处的部位和其受力特点决定了中岩柱加固是小净距隧道设计和施工的关键，在施工过程中，中岩柱加固技术和加固时机选择是否合理，都直接影响小净距隧道施工的安全。
从中岩柱力学分析情况来看，对于Ⅳ、Ⅴ级围岩，中岩柱未加固前都会产生蝶形塑性区，而且随着围岩按Ⅳ、Ⅴ级的变化，蝶形塑性区由小到大甚至贯通，及时加固处理后，塑性区明显变小甚至消失。对于Ⅲ级围岩的力学分析表明，即使采用全断面法开挖，一般也不出现塑性区，但安全系数只略高于临界安全系数，因此也应对其进行加固处理，对于Ⅱ级围岩，如果中岩柱厚度达4 m上，则不需对中岩柱采取特殊的加固措施，依然可保证施工安全。
以上情况表明，对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，在施工过程中必须和所采用的开挖方式相配合，选择合理的加固时机和加固方式对中岩柱进行加固处理，才能确保施工的安全。
目前，对中岩柱的加固，人们提出了多种加固技术，如预注浆加固技术、系统锚杆加固技术、水平预应力对拉锚杆加固技术等。同时，中岩柱同其它部位围岩一样采取喷、锚、网、架设钢支撑等初期支护措施。
以上几种方法应视围岩状况进行合理选择，如对于Ⅳ、Ⅴ级围岩来讲，可采取注浆或系统锚杆和水平预应力对拉锚杆的方法对中岩柱进行加固，而注浆和系统锚杆不宜同时使用。对于Ⅱ、Ⅲ级围岩来讲，通常只选用水平预应力对拉锚杆对支护参数略加调整即可。
5 结语
由于小净距隧道的建设还处于不是很成熟的阶段，所以在设计和施工中常常出现问题，通过对已建和正在建的小净距隧道的设计、施工的总结粗略地提出以下建议：
（1）在施工中尽量减少对中夹岩的扰动，并采取充分合理的加固措施保证小净距隧道的稳定和支护结构安全；
（2）在Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下隧道的净距不能过小，分析表明：净距在3m时中夹岩受力情况要比4m危险得多，相应的围岩加固也变得艰难，所以对净距的取值一般不能小于4 m；
（3）不同岩性的围岩在同一开挖方式下其变形规律是基本上相同的，但在量值上存在较大的差异。所以在对同一隧道的开挖中，针对不同的围岩级别应当选取与之相应的开挖方法和支护方法，这样可以降低围岩产生过大的变形。在围岩较好处采用光面爆破的方式，在围岩较差处采用人工、风镐的开挖方式；
（4）对于Ⅴ、Ⅳ级围岩，施工中应严格控制每循环的开挖进尺， 在相同的开挖方法下，Ⅴ级围岩每循环进尺控制在0.8～1.0`m，Ⅳ级围岩每循环进尺控制在1.0～1.5 m，另外，超前开挖的洞室其超前距离建议保持在1～2倍洞径。
总之，在小净距隧道的施工过程中应坚持的原则应是：①采用动态的设计方案；②采用符合实际围岩级别的施工方式；③做到及时支护，采用合理的支护方法；④要做到勤量测，及时反馈现场情况以便有针对性地做出合理、及时的调整。