某高速公路小净距隧道设计与施工技术探讨

摘 要：针对陕西境某高速公路李家沟隧道左、右线小净距的特点，从设计与施工的角度探讨了小净距隧道的开挖方法、中间岩体关键部位的加固等施工方法和技术措施。

关键词：小净距隧道 中间岩体 设计 施工技术

1 工程概述

李家沟隧道位于商州市杨峪河镇李家沟附近的山梁前缘，进口位于山梁北侧，出口位于南侧，隧道穿越安武河河道左岸一突出山体，为曲线型小间距双线隧道,两隧道平行，净距约7m，属小净距隧道(依据下面表1)。该隧道上行线全长204m;下行线全长206m。整座隧道的平面位于直线与缓和曲线(圆曲线R=850m)上。隧址区属中山地貌，地面标高在1120至1162m间，相对高差约42m，地形起伏较大。隧道轴线方向约160°，山脊走向约65°，隧道方向与山脊走向近乎正交。安武河在该处呈几字形拐弯，突出山体呈较宽鼻梁形态，两侧斜坡较陡。根据水文地质条件分析和涌水量的调查显示，地下水主要源于基岩裂隙水，对隧道洞室的稳定影响不大。隧道进出口段节理裂隙发育，风化较严重，岩体呈散体结构～碎裂结构，隧道开挖容易造成落石、掉块或崩塌等，雨季施工时需采取防护措施。

《公路隧道设计规范》规定两相邻隧道最小净距见表1。

两相邻隧道最小净距 表1

 

围岩级别	Ⅵ	Ⅴ	Ⅳ	Ⅲ	Ⅱ	Ⅰ
最小净距（m）	4.0xB	3.5xB	2.5xB	2.0xB	1.5xB	1.0xB

 

注：B～隧道开挖断面的宽度(m)

2李家沟小净距隧道的设计原则

为了确保隧道施工安全，设计考虑在施工中严格遵循“少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则，根据岩性尽量采用机械开挖，如要采用爆破开挖时，应采用弱爆破，尽量减少对中间岩柱的扰动，严格控制爆破当量;左、右洞施工的掌子面应保持一定距离，一般规定至少为50m，应在先行隧道初期支护变形稳定并施做完仰拱的条件下方可进行后行隧道的开挖。

由于李家沟隧道属小净距隧道，是介于普通分离式隧道和连拱隧道之间的一种隧道结构形式，保留了两洞室之间原始的岩壁。因此，它综合了连拱隧道和普通分离式隧道的特点于一身，具有展线、接线难度低，占地面积小，空间利用率高，避免了洞口路基高边坡或大桥分幅等特点。所以，根据地质情况对两洞之间的岩柱进行加固施工是设计中的关键技术之一。

3 李家沟隧道的施工技术

3.1 隧道洞口段的加固措施

根据施工组织安排，李家沟隧道开挖是从出口向进口方向单向掘进，先开挖下行线隧道。遵循早进洞、晚出洞的原则，尽量减少对地表原环境的破坏。进洞时，按设计方案对洞口加强段采用了20m长的大管棚施工，环向间距40 cm，外插角度1°~2°;暗洞Ⅴ级段，采用超前小导管注浆加固拱部围岩，小导管为Φ50×5㎜热轧无缝钢管，单根长4.5m，环向间距30cm，排间距3m，外插角5°~7°，每循环搭接1.47m。

3.2 隧道的洞身开挖

李家沟小净距隧道洞身在开挖过程中采用了预裂爆破和光面爆破技术，对洞身开挖方法、工序及钻爆施工进行严格设计和控制。

3.2.1 洞口Ⅴ级深埋段开挖工序

洞口Ⅴ级深埋围岩段施工遵循“弱爆破、短进尺”的原则，确保洞口的安全与稳定。施工采用上、下台阶法施工。开挖前打入超前小导管注浆加固拱部围岩，洞身开挖每循环进尺为1m，与I20型钢拱架间距相同，开挖后及时施作初期支护。

为了减小开挖对周边岩体的不良影响，下行一侧隧道先行进入，采用上、下台阶，保留核心土开挖方式。当开挖距离大于50米时，开始进行上行隧道侧壁导坑上、下台阶掘进，及时架设钢支撑，施作锚杆、钢筋网、喷混凝土等初期支护，进行双洞对拉锚杆连接、施加预应力加固中间岩柱。之后，再进行上行隧道上、下台阶开挖和支护。开挖工工序详见下图1。

图1 洞口Ⅴ级隧道开挖工序安排

开挖顺序说明：图中希腊字母表示开挖顺序，阿拉伯字母表示衬砌支护顺序;

3.2.2 Ⅳ级围岩深埋段开挖工序

Ⅳ级段落开挖工序与支护方式基本与Ⅴ级的基本相同，只是Φ25中空注浆系统锚杆布置由@1.0x0.75m调整为 @1.0x1.0m。

3.2.3 Ⅲ级围岩开挖工序

Ⅲ级围岩段开挖时，考虑了两种施工方案。第一种是围岩比较完整、强度较好的情况时，两洞前后拉开都采用上、下台阶开挖，无侧壁导坑;第二种是围岩破碎时，采取超前导坑开挖，导坑位置在后进隧道的中下部位，这样既可加大初次爆破点至中间岩柱的距离，尽量减少爆破对中间岩柱的震动影响，又能增加剩余大断面开挖的临空面，由全断面一次爆破的抛掷式爆破改变为崩解式爆破，大大减少**用量，提高爆破效率，导坑开挖深度一般控制在4～5米。

Ⅲ级段仅在岩石破碎带局部设置预应力对拉锚杆，对中间岩柱进行加固。施工工序详见图2。

图2 洞口Ⅲ级段隧道开挖工序安排

开挖顺序说明：图中希腊字母表示开挖顺序，阿拉伯字母表示衬砌支护顺序;

4 中间岩柱关键部位的加固

设计中对Ⅴ级深埋、Ⅳ级围岩段全部加固中间岩柱，对Ⅲ级围岩段在岩石破碎段局部进行加固。在先行的主洞与另一洞侧壁导洞开挖支护后再对岩柱进行注浆和锚杆加固。

4.1 岩柱加固注浆

洞口刷坡时，暂时保留两隧道中间岩柱洞口处原地表体，以支挡坡面。洞口临时防护完成后，挖除中间岩柱坡面土体，立即沿隧道轴向对中间岩柱正面打入5m长Φ50×5㎜小导管，注浆加固中间岩柱体。当注浆达到强度后进行上行隧洞开挖，向前掘进5米后对中间岩柱改为水平斜向前方45°小导管注浆，小导管规格Φ50×5㎜，长度5m，排距3m。注浆初压0.5MPa，终压1.5Mpa，注水泥浆：1：1。

4.2 中间岩柱对拉锚杆的施工

中间岩柱锚杆加固方法有：

1)贯穿式预应力对拉锚杆：即先行洞开挖施作锚杆后，待锚杆钻孔内水泥砂浆达到设计强度，通过扭力扳手对锚杆进行初次张拉，后行洞开挖暴露锚杆端部后，拆除预安装的丝扣保护包装，实行二次张拉。

2)非贯穿式预应力锚杆：只采用一次张拉工艺，洞室开挖施作锚杆后，待锚杆钻孔内水泥砂浆达到设计强度，通过扭力扳手对锚杆张拉至设计值。

3)局部长锚杆：在中夹岩部位设置区别于隧道其它部位的加长锚杆，局部长锚杆与其他锚杆相比，布置间距和布置形式等结构设计参数都相同，只是针对中夹岩，在有效的范围内设置的锚杆长度有所增加。

4.3中间岩柱加固施工注意事项：

本项目李家沟隧道小净距段根据围岩情况分别采用了4.2中1)、3)种锚杆加固方式。在预应力锚杆加固时，应注意以下施工事项：

1)对拉锚杆采用φ25螺纹钢筋，张拉设备采用穿心式单作用千斤顶。锚杆预张拉应力为50KN，一端固定，另一端张拉。锚杆固定端和张拉端沿纵向间隔一排布置，在同一截面上间隔进行张拉，以避免产生局部压应力集中现象。螺纹钢筋的锚固在油泵开动、压力表指针稳定时进行。千斤顶施加预拉力时采取边张拉、边拧紧锚具的方法，施加初始预加力的相应油压值一般为设计油压的10%，以此做为丈量钢筋伸长量的起算点。预拉力锚杆的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%。

2)施工中千斤顶端部及非张拉端钢筋端部严禁站人，并加设防护措施。张拉后的钢筋在未灌浆前严禁碰击、踩踢。灌浆工作必须避开钢筋端部，以防预应力钢筋突然断裂弹出伤人。在有油压情况下，严禁拆卸油压系统中任何零件。

5 结语

通过对李家沟隧道小净距隧道的设计与施工技术探讨，我们总结出了以下几点：

5.1 小净距隧道的施工难度、工期和造价介于普通双线独立隧道和连拱双线隧道之间。在选线中，若地形条件受制约而地质条件良好时，小净距隧道不失为一种好的结构形式;

5.2小净距双洞隧道施工的关键是中间岩柱的加固和稳定，由于围岩自稳性和支护结构的受力较一般隧道复杂，必须充分利用隧道围岩的自承、自稳能力，通过围岩加固措施使隧道修建达到经济、合理的目的;

5.3小净距双洞隧道施工的重点之一是控制爆破作业，必须确保隧道开挖过程围岩的稳定，减小两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素;

5.4 在小净距隧道施工过程中，要加强隧道施工的监控量测工作，根据量测及时反馈信息，以利于隧道动态施工控制;

参考文献

[1] 中华人民共和国交通部. 公路隧道施工技术规范(JTJ042—94).北京：人民交通出版社，2009.

[2] 王新平等 连拱隧道建设的若干关键技术[A] 现代隧道技术(增刊)[C] 中铁西南科学研究院出版 2002.10

[3] 何川等 连拱隧道的主要修建技术问题及对策[A] 现代隧道技术(增刊)[C] 中铁西南科学研究院出版 2002.10

[4] 黄成光主编 公路隧道施工[M] 人民交通出版社2002

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