浅析矿山法小净距隧道的设计与施工

　　摘要：近年来，我国城市轨道交通建设事业快速发展，隧道数量和形式变得越来越多，施工难度也相对加大。小净距隧道方案被广泛应用开来。本文简要分析了小净距隧道断面设计以及施工过程中开挖、钻爆、中夹岩柱加固等关键的技术，并针对小净距隧道建设过程中的一些问题提出了建议。
　　关键词：小净距隧道；设计；施工；矿山法；中夹岩柱
　　小净距隧道是指并行双洞隧道中间岩柱的厚度较小（一般小于1.5倍的隧道开挖断面宽度）的一种特殊隧道结构形式。相比连拱隧道，小净距隧道具有更多的优点：它可以更好地适应特殊的地质和地形条件，而且施工工艺简单，成本较低，同时提高了路线布线的自由度。总的来说，小净距隧道具有显著的经济、社会和环境效益。
　　
　　一、 小净距隧道设计分析
　　进行小净距隧道设计时必须要遵循以下设计原则：
　　隧道的位置要服从路线的整体走向，平面的线性应该以直线为主，在纵坡的设置方面要结合施工方案综合考虑隧道的排水、通风以及两端路基接线的要求等因素，还要保证隧道处于地质条件较好的地质层中。除此之外，要确保衬砌结构设计的安全性和可行性，不渗不漏。在施工过程中还要积极推广新技术、新工艺，广泛采用新设备以及新材料，并且要尽可能的做到经济合理。
　　一） 断面设计
　　在进行小净距隧道断面设计时，既要满足建筑限界要求，又必须充分考虑到隧道内部的运营设施和装饰所需的空间。经实践证明，考虑到结构受力、方便施工以及地质条件等具体条件，一般选用三心圆断面内轮廓最宜。
　　二） 结构设计
　　新奥法原理是小净距隧道洞身段衬砌采用的主要设计方法，也就是说要保护围岩，并且充分发挥围岩的自承能力，所以要采用复合式衬砌结构。
　　另外，要遵循有限元计算和工程类比法相结合的原则来确定支护参数，与此同时，要通过现场的量测分析进行设计参数的调整，实行动态设计和信息化施工。
　　
　　二、 小净距隧道施工分析
　　在本节，笔者主要围绕小净距隧道施工过程中的开挖、钻爆作业、中夹岩柱的加固以及监控量测四个方面进行了详细论述，具体分析如下：
　　一） 开挖
　　在隧道开挖过程中，如果采用的方法不当，很容易使使隧道围岩产生应力变形。一般情况下，对于强度较差的围岩尤其是软弱甚至破碎的围岩，在施工时，要尽可能的减少开挖对围岩的破坏，因而，确定科学合理的开挖顺序至关重要。相比较而言，对于级别较低的围岩，尤其是完整坚硬的围岩来说，则必须要控制爆破震动对围岩稳定性造成的影响。
　　通常情况下，Ⅴ、Ⅳ级围岩要相应的采取正向单侧壁导坑法，这种方法有利于对中夹岩进行及时监控和进行及早加固处理，可以超前预报隧道开挖后可能存在的风险。而遇到洞口断面较大、围岩条件比较差，隧道地下水比较丰富且属于浅埋隧道时，单侧壁通常要进行上下台阶的分步开挖，或者是采用微台阶方法进行开挖，保证围岩的稳定性。
　　对于Ⅳ级围岩来说，减少爆破对中夹岩的影响最有效的方法是单侧壁导坑开挖。对于土质、软质岩石时应采用单侧壁导坑组合法，而遇到坚硬的岩石时最宜采用上下台阶与反向单侧壁导坑组合法或者是上下台阶法进行开挖。
　　一般情况下，对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩最宜采用的方法是超前导坑预留光爆层的方法进行开挖，这种方法有利于增加开挖的临空面从而降低爆破时对中间岩柱的破坏。然而，在岩柱比较厚的情况下，可以适当把要求降低一点，采用全断面开挖法或者是上下台阶法。
　　除此之外，在两个洞室的围岩条件存在差异的情况下，通常是先对围岩条件较差的洞室进行开挖，而后在对条件较好的进行开挖，中夹岩柱的力学形态会更好一些。
　　二） 钻爆作业
　　小净距隧道的中夹岩柱的宽度比较小，因而在通常情况下，最后进行开挖的隧道在进行爆破时的振动会对先前开挖的隧道产生较大的影响。为避免对隧道及中夹岩柱造成破坏性影响，要将先开挖隧道初支处的振动速度控制在1.5cm/s以内，并且将其作为以后开挖隧道各段进行爆破时采用药量计算的一个重要依据。另外，必须采用微差控制爆破，并根据振速监测来确定各个阶段的起爆时间，从而达到避免振动波叠加的目的。
　　除此之外，在进行钻爆作业时，需要对围岩爆破振动的扰动深度以及爆破引起的振动对周边及中夹岩柱的破坏程度等进行及时同步的监测，并且控制好爆破振动以利于稳定中夹岩柱。
　　三） 中夹岩柱的加固
　　通常情况下，使中夹岩柱处于三向受压的状态可以改善岩体的受力状态进而提高围岩的承受能力，这就是进行中夹岩柱加固所遵循的原理。
　　1、Ⅴ级围岩中夹岩的加固处理
　　在不加支护的情况下，对于Ⅴ级围岩的中夹岩柱来说，岩体抗拉强度偏低，很容易出现拱顶拉裂较大、中间岩柱的塑性区较大的情况。实践分析证明，中夹岩的厚度处于2-3m时，两个洞室的塑性区通常是相连的；而当厚度达到4m时，塑性区会出现明显减小。总之，在对Ⅴ级围岩进行开挖时必须要做到以下几点：第一，要采用锚喷支护构筑法对中夹岩柱进行初期支护加固；第二，必须要采用各种措施方法来提高中夹岩的抗拉强度，尤其是加强隧道顶上方掩体的抗拉强度至关重要。
　　2、Ⅴ、Ⅳ级围岩的中夹岩加固处理
　　在对这两个级别的中夹岩进行加固处理时，要注意以下两点：
　　第一，注意预注浆的注浆范围：左洞要从左边拱脚到右侧墙脚处，右洞从右边拱脚到左侧墙角处；第二，应采用贯穿两洞的水平预应力对拉锚杆，施作范围一般是左洞从右侧拱腰处到右洞的左侧墙脚处，右洞则是从左侧拱腰处到左洞的右侧墙脚处。
　　3、Ⅲ及以上围岩中夹岩的加固处理方法
　　施工中，不能忽视Ⅲ级围岩的保护，如果没有采取好保护措施、没有控制好爆破很可能出现中夹岩柱的失稳现象。一般情况下，对于Ⅱ级围岩以及更高等级的围岩来说，在保证中夹岩的厚度在4m以上，保证中夹岩柱的安全系数在3.0以上的情况下无需进行特殊的加固措施。
　　实践证明，Ⅱ、Ⅲ级别的围岩的中夹岩在一般的情况下不会出现塑性区，但是必须要增设系统锚杆。
　　四） 监控测量工作
　　由于地下工程的特殊性：隐蔽、地质条件复杂、力学状态不稳定等，地质勘查工作很难将其中的全部问题都详尽的揭漏出来。长期以来，众多工程实例验证了经验设计→监控测量→反馈信息→修改设计这一设计思路的有效性。然而，由于经验的缺乏以及对小净距隧道认识的不足，必须要加强信息化工程和动态设计。
　　由于围岩情况的复杂以及双洞之间的相互影响较大，必须要加强小净距隧道施工过程中的现场监控和测量，对先行洞结构的安全性进行检测，对后行洞施工的稳妥性以及加固措施进行评价。除了要认真执行规定的必测项目，对中间岩柱的内部位移、支护内力、围岩松弛范围以及后行洞的爆破震动速度的监控测量也是主要内容。
　　现阶段，还未形成针对小净距隧道特点的判断方法和标准，暂以分离式隧道的判断标准作为监控测量方法和稳定分析的标准。
　　
　　三、 小净距隧道建设过程中应注意的问题分析
　　综上所述，小净距隧道在施工过程中应注意以下问题：
　　第一：合理确定两个隧道之间的净距，这对结构的受力以及施工安全等方面都有很重要的影响。
　　第二：中夹岩柱的加固和稳定是小净距双洞隧道施工的关键所在。在施工过程中，对中夹岩柱必须要采取超前预加固，并且在开挖过程中还要进行补充加固，从而有效控制围岩的塑性发展以保证施工安全。
　　第三：由于先行洞的受力状态与普通隧道类似，而后行洞的受力状态相对较为不利，因此两个洞的的支护参数应该有所区别。
　　第四：另外，在小净距隧道施工过程中还要注意工序的时间问题，应该尽早对初期支护进行封闭，及时回填仰拱混凝土，改善受力结构、控制围岩的位移。在施工上要注意优化方案、简化施工工序以及缩短每个工序之间的时间间隔。
　　第五：做好监控测量工作。
　　
　　
　　四、 小净距隧道的合理距离分析
　　现阶段，小净距隧道的建设数目日益增多，能够达到安全、经济目标的最优化净距已成为研究的重点。
　　合理净距的研究实质其实就是相近洞室的相互影响程度问题，它主要受地质、支护以及施工等因素决定。我国的研究人员针对不同的围岩级别以及不同的深埋等因素对小净距的合理取值进行了探讨。具体如下表：
　　
　　五、 结论
　　综上所述，由于实践经验匮乏、规范的限制以及相关研究的滞后种种原因，现阶段超小净距隧道的设计和施工理念尚未得到广泛应用。但这并不是代表其不可行。只要具备合理的设计和施工方案，通过科学组织、严格施工是可以安全顺利的完成的。我相信，随着小净距隧道设计和施工的日益完善，今后它必将广泛应用于更多的项目，带来更大的经济和社会效益。
　　
　　六、 参考文献：
　　[1]杜菊红,黄宏伟,熊玉朝;小净距隧道净距研究及施工技术应用;地下空间与工程学报;2007.3
　　[2]谢卓雄;小净距隧道近接施工围岩稳定性及结构力学行为特征研究;西南交通大学,硕士论文;2008

《浅析矿山法小净距隧道的设计与施工》

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