肖 敏

（上海城市交通設(shè)計(jì)院有限公司，上海市 200120）

0 引言

礦山法隧道現(xiàn)有分離式、連拱、小凈距隧道等結(jié)構(gòu)形式，在場地條件允許情況優(yōu)先選用分離式隧道，若凈距不能滿足分離式隧道而連拱隧道又過于復(fù)雜,采用小凈距隧道的結(jié)構(gòu)形式能更好地滿足場地和施工便利性要求，但小凈距隧道施工時(shí)應(yīng)確保中夾巖穩(wěn)定，需嚴(yán)格控制施工期間相互影響[1]。

常規(guī)兩洞小凈距隧道根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第一冊(cè)土建工程》[2]和《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》[3]規(guī)定進(jìn)行一系列加強(qiáng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)已有大量工程經(jīng)驗(yàn)。多條小凈距隧道除保證隧道設(shè)計(jì)加強(qiáng)外，還應(yīng)合理要求施工順序，避免施工期間相互影響，類似工程案例較少，特別是大跨度隧道群項(xiàng)目。

1 隧道概況

某工程項(xiàng)目位于廣西欽州，共設(shè)計(jì)礦山法隧道四條。其中B1 號(hào)隧道起訖里程B1K0+000～B1K0+2 66，長266 m，B2 號(hào)隧道起訖里程B2K0+028～B2K0+230，長202 m，B3 號(hào)隧道起訖里程B3K0+028～B3K0+234，長206 m，B4 號(hào)隧道起訖里程B4K0+028～B4K0+237，長209 m。B1 隧道洞口與B2～B4 洞口錯(cuò)幅約60 m，為偏壓隧道，一側(cè)采用抗滑樁確保B1 隧道穩(wěn)定性。

隧道兩側(cè)接道路，隧道間凈距受制于中央分隔帶及側(cè)分帶寬度、場地紅線要求不能采用分離式隧道布置，中間雙向八車道采用連拱隧道布置工程風(fēng)險(xiǎn)較大。綜合考慮四條隧道平面布置如圖1 所示。

圖1 B1、B2、B3、B4 隧道平面布置圖

該項(xiàng)目為B1、B4 隧道為人非，建筑限界凈寬6.25 m，橫斷面組成為0.5 m 側(cè)向?qū)挾?3 m 非機(jī)動(dòng)車道+0.25 m 分隔帶+2.5 m 人行道，建筑限界凈高2.5 m。隧道結(jié)構(gòu)凈寬6.55 m，結(jié)構(gòu)凈高5.525 m，隧道內(nèi)輪廓為直墻曲拱形，拱部半徑為3.275 m（見圖2）。

圖2 B1、B4 隧道內(nèi)輪廓橫斷面圖（單位：mm）

B2、B3 為雙向八車道，建筑限界凈寬17.50 m，橫斷面組成為0.75 m 檢修道+0.75 m 側(cè)向?qū)挾?14.5 m 機(jī)動(dòng)車道+0.75 m 側(cè)向?qū)挾?0.75 m 檢修道，建筑限界凈高5 m。隧道結(jié)構(gòu)凈寬18.121 m，結(jié)構(gòu)凈高11.469 m，隧道內(nèi)輪廓R1 為10 m，R2 為5.5 m，R3 為1.5 m，R4 為20 m（見圖3）。

圖3 B2、B3 隧道內(nèi)輪廓橫斷面圖（單位：mm）

B1、B4 隧道布置在兩側(cè)，為人非通道，B2、B3 雙八通道布置在中央，中央分隔帶及側(cè)分帶寬度均為9 m。B1～B4 隧道橫斷面布置如圖4 所示。

圖4 B1～B4 隧道剖面布置圖（單位：mm）

隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高離地面最大約60 m，由于洞外紅線及征地拆遷限制，四條隧道均采用小凈距布置形式，B2、B3 中夾巖的厚度最小僅4.479 m。B1、B2 和B3、B4 中夾巖的厚度最小僅4.899 m。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)重難點(diǎn)、規(guī)范要求及該項(xiàng)目采取措施如下：

（1）B1 與B2，B2 與B3、B3 與B4 隧道間凈距較小，最小僅4.479 m，中夾巖如何保持穩(wěn)定。規(guī)范建議對(duì)中夾巖進(jìn)行加固，該隧道采用對(duì)拉預(yù)應(yīng)力錨桿方式進(jìn)行加固。

（2）四條隧道施工過程中如何控制后續(xù)隧道開挖對(duì)已建隧道影響。規(guī)范中僅有兩條隧道相互施工影響控制規(guī)定。該項(xiàng)目為控制影響，按常規(guī)方式先行施工B2、B3 隧道，待B2、B3 二次結(jié)構(gòu)施工完畢后，采用機(jī)械開挖方式施工B1、B4 隧道。

（3）B1 為偏壓隧道，除按偏壓隧道進(jìn)行襯砌設(shè)計(jì)外，還應(yīng)平衡隧道兩側(cè)巖土壓力，確保隧道整體穩(wěn)定。規(guī)范對(duì)于偏壓隧道襯砌受力設(shè)計(jì)有詳細(xì)要求，兩側(cè)不平衡力處理方式有反壓、回填、擋墻、抗滑樁等建議，該項(xiàng)目采用抗滑樁進(jìn)行處理。

2 工程水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)地勘鉆孔取芯結(jié)果，隧道范圍的地層主要為粘土層、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖。

黏土層：顏色為黃灰色，狀態(tài)硬塑，局部含少量碎石，揭示層厚2.5～7.1 m，平均厚度3.76 m，屬于土層。

強(qiáng)風(fēng)化巖層：主要巖性為砂巖，巖石較軟，鉆芯取樣為較破碎到破碎，巖體裂隙發(fā)育較多，按照規(guī)范計(jì)算分級(jí)判斷為Ⅳ級(jí)軟石。

中風(fēng)化巖層：主要巖性為砂巖，巖石較硬，較完整，偶見裂隙，巖芯多呈長柱狀，局部少量為短柱狀，局部地段巖芯受輕敲后易斷裂，斷裂面較光滑。按照規(guī)范計(jì)算分級(jí)判斷為Ⅴ級(jí)巖石且為次堅(jiān)石。

隧道洞口處于強(qiáng)風(fēng)化巖，洞身由于隧道埋深較深，主要處于中風(fēng)化巖層范圍。

2.2 水文地質(zhì)

隧道范圍山體經(jīng)鉆孔物探等手段發(fā)現(xiàn)地下水主要為孔隙水，由于地形不平緩，大氣降水快速經(jīng)山體排泄，且水量不大。

根據(jù)滲透系數(shù)綜合判斷，隧道內(nèi)粘性土和強(qiáng)風(fēng)化砂巖為弱透水層，中風(fēng)化砂巖為弱透水層。

2 隧道襯砌設(shè)計(jì)

復(fù)合式噴錨襯砌支護(hù)參數(shù)可采用工程類比法或數(shù)值計(jì)算法確定，在施工過程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控量測資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。

該隧道設(shè)計(jì)采用復(fù)合式襯砌形式。根據(jù)隧道斷面尺寸、所處圍巖級(jí)別，以及類似工程經(jīng)驗(yàn)，初期支護(hù)以錨桿、噴射混凝土、鋼拱架及鋼筋網(wǎng)組成綜合支護(hù)體系。B2、B3 隧道初期支護(hù)300 mm 厚C25 噴射鋼纖維混凝土，預(yù)留變形量150 mm，二次襯砌為800 mm 厚C40 防水鋼筋混凝土襯砌；B1、B4 隧道初期支護(hù)180 mm 厚C25 噴射混凝土，預(yù)留變形量50 mm，二次襯砌為4 800 mm 厚C40 防水鋼筋混凝土襯砌。圖5 為隧道中夾巖處理剖面圖。具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表1 所列。

表1 隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)表（Ⅴ級(jí)圍巖）

圖5 隧道中夾巖處理剖面圖（單位：mm）

由于中夾巖寬度較窄，采用錨桿施工空間不能滿足，因此采用對(duì)拉預(yù)應(yīng)力錨桿措施，中夾巖柱對(duì)拉錨桿采用5.6 m 左右長φ32 的螺紋鋼筋，環(huán)向間距1 m，縱向間距0.5 m，梅花形布置，施加預(yù)應(yīng)力80 kN，確保中夾巖穩(wěn)定。

B1 偏壓隧道處理（見圖6）：隧道兩側(cè)偏壓高度約近21 m，采用抗滑樁+放坡方式，樁頂控制到隧道頂上約3 m，樁頂以上采用兩級(jí)1∶0.75 錨釘框架梁邊坡。經(jīng)計(jì)算采用直徑1.8 m 旋挖鉆抗滑樁，樁間距2.8 m，樁間采用300 mm 混凝土模筑混凝土。

圖6 B1 偏壓隧道抗滑樁處理斷面圖（單位：mm）

3 輔助施工措施

3.1 超前支護(hù)

對(duì)于B1、B2、B3、B4 隧道洞口段，由于隧道圍巖條件較差，均采用超前管棚支護(hù)形式以確保圍巖穩(wěn)定性。

對(duì)于B2、B3 隧道洞身段Ⅴ級(jí)圍巖地段，采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿的措施以保證結(jié)構(gòu)安全（見圖7）。B2、B3 隧道超前小導(dǎo)管擬采用縱向間距3.5 m 的直徑42 mm 壁厚4 mm 的熱軋無縫鋼管，長度為5.0 m，縱向搭接長度大于1 m，注漿材料采用雙漿。

圖7 B2、B3 隧道超前小導(dǎo)管處理措施圖示（單位：mm）

B1、B4 隧道由于開挖斷面小，不采用超前支護(hù)。

3.2 施工工法

考慮到該隧道B2、B3 隧道開挖斷面大，施工中本著“化整為零”的原則。對(duì)于洞身Ⅴ級(jí)圍巖段采用雙側(cè)壁法施工；由于B2、B3 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)大，施工過程中需嚴(yán)格按照新奧法動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)施工原則，根據(jù)監(jiān)測量控結(jié)果及時(shí)反饋設(shè)計(jì)，同步調(diào)整開挖節(jié)奏，確保隧道整體安全可控。

對(duì)于B2、B3 隧道，由于兩隧道凈距僅4.479 m，左、右主洞開挖掌子面錯(cuò)開間隔根據(jù)規(guī)范要求應(yīng)不小于40 m，同時(shí)施工中B2、B3 隧道主洞開挖掌子面應(yīng)確保不相互產(chǎn)生不利影響為前提。當(dāng)根據(jù)監(jiān)控量測的成果發(fā)現(xiàn)B2、B3 隧道初期支護(hù)變形不收斂時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、提前澆筑二次襯砌。

B1、B4 隧道由于開挖斷面較小，采用臺(tái)階法開挖方式。

3.3 施工順序

由于B1～B4 隧道間距過近，為減少相互影響，先行施工B2、B3 大斷面隧道，待B2、B3 隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)施工完畢后，再行開挖B1、B4 隧道。為減少影響，B1、B4 隧道需采用非爆破開挖技術(shù)。

B1 隧道由于與B2～B4 隧道洞口錯(cuò)臺(tái)，需設(shè)置抗滑樁確保B1 隧道整體穩(wěn)定。

四條隧道具體施工工序如下：（1）開挖至B1 隧道抗滑樁頂標(biāo)高；（2）施工抗滑樁；（3）B2～B4 隧道洞口外路基開挖；（4）先采用爆破開挖施工B2、B3 隧道，兩個(gè)隧道的施工工序要求見相關(guān)要求；（5）待B2、B3隧道的二次襯砌施工完畢后方可考慮B1、B4 隧道的施工；（6）B1、B4 隧道的開挖使用非爆破施工技術(shù)，由于該項(xiàng)目巖石為軟巖，采用機(jī)械開挖方式，以避免對(duì)已建B2、B3 隧道主體結(jié)構(gòu)的影響。

3.4 施工監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

根據(jù)B1～B4 隧道地質(zhì)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式，礦山法隧道監(jiān)控量測必須按規(guī)范要求進(jìn)行。同時(shí)，由于該項(xiàng)目有四條小凈距隧道，除了對(duì)先行施工B2、B3 隧道進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測外，在B1、B4 隧道施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)已完成二襯施工的B2、B3 隧道位移監(jiān)測（見圖8、圖9）。

圖8 B2 隧道拱頂監(jiān)測位移圖（單位：mm）

圖9 B3 隧道拱頂監(jiān)測位移圖（單位：mm）

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，B2 隧道拱頂沉降最大為1.6 mm，且日變化量小于0.2 mm/d。B3 隧道拱頂最大沉降為1.4 mm（見表2、表3）。

表2 圍巖位移報(bào)警值一覽表

表3 圍巖位移速率報(bào)警值一覽表

位移總值小于1/3 位移設(shè)計(jì)值（預(yù)留變形量）且日變化量小于0.2 mm/d。因此B2、B3 隧道在隧道施工期間拱頂沉降穩(wěn)定。

在B1～B4 隧道掌子面開挖前，應(yīng)采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方式對(duì)隧道前方圍巖狀況進(jìn)行探測，預(yù)報(bào)B1～B4 隧道前方圍巖地質(zhì)情況。如探測成果顯示可能存在不良地質(zhì)，應(yīng)采取地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)一步驗(yàn)證。必要時(shí)，B1～B4 隧道需布置超前探孔以準(zhǔn)確定位不良地質(zhì)的范圍及規(guī)模，便于提前處治。施工前應(yīng)有不良地質(zhì)應(yīng)急預(yù)案。該工程在施工過程中，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)。

3.5 施工中遇到問題及處理措施

由于設(shè)計(jì)采用對(duì)拉預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行中夾巖加固，待B2 先行隧道開挖完畢后打入對(duì)拉錨桿，后行隧道B3 爆破開挖時(shí)錨桿破壞較嚴(yán)重，張拉質(zhì)量難以保證。后經(jīng)各方討論決定對(duì)B3 隧道拉錨桿范圍采用機(jī)械緩慢開挖方式，確保對(duì)拉錨桿施工質(zhì)量。

4 結(jié)論

此大跨度小凈距礦山法隧道群已于2018 年開工建設(shè)，2021 年11 月建成，施工過程中監(jiān)測變形數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范，B2、B3 隧道在整體隧道施工過程中穩(wěn)定，整體結(jié)構(gòu)安全。圖10 為隧道現(xiàn)場實(shí)景。

圖10 隧道現(xiàn)場照片實(shí)景

因此對(duì)于多條小凈距大跨度隧道，施工過程中先行施工中間隧道，控制左右洞開挖間距，確保中夾巖穩(wěn)定。待B2、B3 隧道二次襯砌施工完畢后采用非爆破開挖技術(shù)施工B1、B4 隧道，減少隧道群之間相互影響。此工程為以后此類隧道設(shè)計(jì)施工積累了寶貴工程經(jīng)驗(yàn)。