小凈距隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與施工措施研究

1、<p>　　小凈距隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與施工措施研究</p><p>　　摘 要：小凈距隧道是處于一般分離式隧道與連拱隧道的一種構(gòu)造形式，因?yàn)椴粫?huì)受到外界因素及整體線路的制約，其連接隧道的設(shè)施比較簡(jiǎn)便、造價(jià)很低的特征，逐漸被工程領(lǐng)域所青睞。但因?yàn)樾艟嗨淼乐虚g柱體厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一般分離式隧道小，具圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜。本文針對(duì)小凈距隧道圍巖的受力、變形特征，對(duì)小凈距隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與施工步驟

2、進(jìn)行了研究。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：隧道；小凈距；設(shè)計(jì)原則；施工步驟 </p><p>　　中圖分類號(hào)：U459 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　在地下鐵道、鐵路隧道、公路隧道中，因?yàn)槭艿降匦巍⒄w線路這些客觀因素的制約，通常在間距不夠的外界因素下

3、建設(shè)兩孔或多孔隧道。在這樣的狀況下，當(dāng)前往往選用連拱隧道及小凈距隧道等獨(dú)特結(jié)合構(gòu)造形式，而工程狀況顯示，連拱隧道潛在很多的缺點(diǎn)： </p><p>　　1.1 因?yàn)殚_挖總斷面較大、扁平率很低、工程比較復(fù)雜，工程當(dāng)中非常容易出現(xiàn)塌陷的情況，工程作業(yè)的安全性能不能夠保證； </p><p>　　1.2 由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，中墻頂部連接處的防水問(wèn)題很3囡解決，建成后容易滲漏水，嚴(yán)重影響公路隧道的適

4、用性和耐久性； </p><p>　　1.3 連拱結(jié)合構(gòu)造對(duì)變形是比較敏感的，襯砌容易出現(xiàn)裂縫，破壞結(jié)構(gòu)整體，安全性較差； </p><p>　　1.4 進(jìn)出口淺埋段及低類別圍巖段工程造價(jià)過(guò)高等。而小凈距隧道施工工藝同普通分離式隧道相比差別較小，較之連拱隧道施工技術(shù)比較簡(jiǎn)便，造價(jià)低，施工安全性和長(zhǎng)期可靠性易獲得保障。但因?yàn)樾艟嗨淼乐袏A巖柱體的厚度比較小，其圍巖穩(wěn)定性和變形特征，支護(hù)結(jié)構(gòu)的

5、受力機(jī)制具備自己的特點(diǎn)，所以，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和施工方法將會(huì)跟其他結(jié)合構(gòu)造式隧道不一樣。 </p><p>　　2 小凈距隧道圍巖的受力、變形特征 </p><p>　　小凈距隧道圍巖的受力、變形特征與隧道斷面型式、斷面尺寸、圍巖類別、隧道埋深、中夾巖柱體厚度、開挖方式、支護(hù)型式和參數(shù)選取等多方面因素有關(guān)系。其中，小凈距隧道與普通分離式隧道的主要區(qū)別是，前者中夾巖柱體的厚度較薄，因施工過(guò)

6、程中的多次擾動(dòng)而成為受力薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)圍巖類別較低，巖柱較薄時(shí)，其中夾巖柱體將形成貫通的塑性區(qū)，非常危害著圍巖的穩(wěn)定性能。 </p><p>　　所以，針對(duì)小凈距隧道宜限據(jù)圍巖條件、巖柱厚度等因素，結(jié)合模擬計(jì)算來(lái)選取合理的斷面型式、開挖方式和支護(hù)參數(shù)等。 </p><p>　　3 小凈距隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　小凈距隧道跟一般分離式隧道比較，中夾巖

7、柱體厚度較薄，受力不利，加上外在的地形狀況變化比較大，參數(shù)準(zhǔn)確選擇是比較難得。所以，針對(duì)小凈距隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，宜在監(jiān)控量測(cè)的基礎(chǔ)上采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則。應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題： </p><p>　　3.1 初期支護(hù)宜采用錨噴支護(hù)，有利于及早進(jìn)行支護(hù)，保護(hù)圍巖、穩(wěn)定圍巖的變形，同時(shí)，有利于根據(jù)實(shí)際監(jiān)控量測(cè)情況進(jìn)行支護(hù)加強(qiáng)。 </p><p>　　3.2初期支護(hù)作為施工階段的受力結(jié)構(gòu)，二次襯砌

8、選擇混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承受使用階段的荷載，某些情況初期支護(hù)作為主要的受力結(jié)構(gòu)，而二次襯砌主要作為安全儲(chǔ)備，有利于在圍巖條件惡化后，保證隧道的長(zhǎng)期安全性。 </p><p>　　3.3 中央巖柱體的穩(wěn)定性是小凈距隧道是否成功的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)情況對(duì)中夾巖柱體采用大噸位預(yù)應(yīng)力錨索、對(duì)拉錨桿、無(wú)阽結(jié)鋼絞線、小導(dǎo)管預(yù)注漿、水平貫通式錨桿等技術(shù)進(jìn)行加固。 </p><p>　　3.4 仰拱對(duì)減小

9、、抑制圍巖的變形，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力有重要作用，因此，對(duì)于小凈距隧道宜考慮設(shè)置仰拱并使斷面盡早閉合。 </p><p>　　3.5 開挖過(guò)程中進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提前掌握掌子面前方的地質(zhì)、水文條件，及時(shí)采取相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)措施 </p><p>　　3.6 由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多變性，對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)、中夾巖柱、圍巖的受力和變形狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)具有重要意義。 </p>&l

10、t;p>　　3.7 雖然數(shù)值計(jì)算在參數(shù)選取、模型建立上與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有較大的出入，當(dāng)在隧道設(shè)計(jì)中用以作為輔助手段，研究圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、受力不利部位和薄弱環(huán)節(jié)，作為定性分析，仍是很有必要的。 </p><p>　　3.8 巖柱厚度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)、圍巖的受力和變形，特別是巖柱體的穩(wěn)定有重要的影響，因此，無(wú)論何種圍巖，巖柱體均不宜過(guò)小。 </p><p>　　3.9 左右線隧道開挖拉開距離

11、，掌子面間距根據(jù)圍巖條件大于2D（D為隧道開挖寬度），施工中按大于45米控制。開挖前隧道初次支護(hù)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，后開挖隧道方能進(jìn)行開挖。 </p><p>　　4 小凈距隧道的施工 </p><p>　　小凈距隧道的施工方法與普通分離式隧道相比差別不大，但由于中夾巖柱體厚度較小，在施工過(guò)程中，其是受力薄弱部位，穩(wěn)定性較差，因此，在施工中對(duì)中夾巖柱體的保護(hù)將至關(guān)重要。小凈距隧道施工的難

12、點(diǎn)、重點(diǎn)是合理選取開挖順序、控制爆破作業(yè)，確保隧道開挖過(guò)程圍巖的穩(wěn)定，減小兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形、爆破震動(dòng)等不利因素。對(duì)于低類別圍巖、軟弱、破碎圍巖來(lái)說(shuō)，重在確定合理的開挖順序，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；對(duì)于高類別圍巖、堅(jiān)硬、完整圍巖，重在控制爆破振動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。 </p><p>　　4.1 運(yùn)用科學(xué)的開挖順序 </p><p>　　為確保開挖過(guò)程中圍巖的穩(wěn)定性，減小因隧道

13、間距小引起的圍巖變形、爆破震動(dòng)等不利因素，滿足小凈距隧道中央巖特有的加固要求，一般情況下，I、II類圍巖采用正向單側(cè)壁導(dǎo)坑法的開挖方法，Ⅲ類圍巖采用反向單側(cè)壁導(dǎo)坑的開挖方法,IV、V、VI類圍巖采用超前導(dǎo)坑預(yù)留光面層的開挖方法。 </p><p>　　4.1.1 對(duì)于I、II類圍巖，宜采用正向單側(cè)壁導(dǎo)坑法，該法有利于及早對(duì)中夾巖柱進(jìn)行加固，及早對(duì)中夾巖柱進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，為開挖后存在的風(fēng)險(xiǎn)提供超前預(yù)報(bào)，以便及時(shí)處理。

14、 </p><p>　　當(dāng)遇隧道斷面較大、圍巖條件較差、隧道淺埋、地下水豐富時(shí)，圍巖難以自穩(wěn)，應(yīng)對(duì)圍巖進(jìn)行超前預(yù)加固、地表加固或?qū)蝹?cè)側(cè)壁的上、下臺(tái)階進(jìn)―步采用分步開挖。 </p><p>　　當(dāng)圍巖狀況較好，掌子面穩(wěn)定性好，為發(fā)揮大型設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，加快施工進(jìn)度，也可以將單側(cè)側(cè)壁的上、下臺(tái)階合為一步開挖或采用上下臺(tái)階與正向單側(cè)壁導(dǎo)坑組合法，但應(yīng)控制開挖進(jìn)尺。 </p><

15、p>　　4.1.2 對(duì)于Ⅲ類圍巖，宜采用反向單側(cè)壁導(dǎo)坑，有利于減小爆破振動(dòng)對(duì)中夾巖柱的影響，當(dāng)圍巖條件較好、掌子面易穩(wěn)時(shí)，對(duì)于土質(zhì)、軟質(zhì)巖石條件，可采用上下臺(tái)階與正向單側(cè)壁導(dǎo)坑組合法；對(duì)于硬質(zhì)巖石條件，可采用上下臺(tái)階與反向單側(cè)壁導(dǎo)坑組合法或上下臺(tái)階法。 </p><p>　　4.1.3 對(duì)于Ⅳ、V、Ⅵ類圍巖，宜采用超前導(dǎo)坑預(yù)留光面層的開挖方法，增加開挖臨空面，降低爆 </p><p>

16、;　　破對(duì)巖柱的影響。Ⅳ、V、Ⅵ類圍巖自穩(wěn)定性好，開挖的關(guān)鍵在于減小爆破振動(dòng)對(duì)巖柱的影響，由于超前導(dǎo)坑的存在，二次擴(kuò)挖(預(yù)留光爆層)的爆破裝藥量可以大大減小，從而降低爆破對(duì)巖柱的影響。對(duì)于巖柱較厚時(shí)，可采用上下臺(tái)階和全斷面開挖法。 </p><p>　　4.1.4 由數(shù)值計(jì)算可知，小凈距隧道后開挖隧道對(duì)先前施工隧道的影響較先施工隧道對(duì)后施工隧道的影響大，因此，在兩孔隧道地質(zhì)條件不同的情況下，先開挖地質(zhì)條件有利的隧

17、道。 </p><p>　　4.2 控制爆破施工中的振動(dòng)效應(yīng) </p><p>　　4.2.1 采用低威力、低曝速炸藥或采用小直徑不偶合裝藥 </p><p>　　某隧道工程中，在二號(hào)巖石硝銨炸藥中混入13%的添加劑，制成低爆速炸藥，使二號(hào)巖石硝銨炸藥的爆速?gòu)? 200m/s降至1 800m/s，振動(dòng)觀察表明，降震效果可達(dá)40%-60%。 </p>&

18、lt;p>　　4.2.2 采用微差爆破 </p><p>　　試驗(yàn)表明，采用微差爆破后，與齊發(fā)爆破相比可降震約50%。微差段數(shù)越多，降震效果越好。當(dāng)每段起爆時(shí)間間隔大于100ms時(shí)，各段爆破產(chǎn)生的地震波無(wú)明顯疊加，降震效果比較明顯。 </p><p>　　4.2.3 采用預(yù)裂爆破或預(yù)鉆防震孔 </p><p>　　在爆破體與保護(hù)體之間鉆鑿不裝藥的單排、雙排防震

19、孔或采用預(yù)裂爆破，降震率可達(dá)30～50%。 </p><p>　　同時(shí)，也可以在預(yù)裂炮孔內(nèi)側(cè)打一排孔，酌情少量裝藥，與預(yù)裂孔同時(shí)起爆，從而形成破碎區(qū)，這就可為內(nèi)部的大規(guī)模開挖建立隔震屏障。 </p><p>　　4.2.4 限制一次起爆的肽裝藥量 </p><p>　　當(dāng)保護(hù)體的容許臨界振動(dòng)速度確定后，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出一次爆破的最大裝藥量計(jì)裝藥量大于該值又無(wú)

20、其他可靠降震措施時(shí)，則必須分次爆破，控制一次爆破的炸藥量。 </p><p>　　4.2.5 采用分步開挖，增加臨空面。 </p><p>　　爆破體每增加一個(gè)臨空面，其振動(dòng)效應(yīng)可相應(yīng)降低10%～15%。 </p><p><b>　　5 結(jié) 論 </b></p><p>　　小凈距隧道因中夾巖柱體厚度比較稀薄，造成圍巖

21、、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力不合，這樣給工程作業(yè)造成很大的難度。但，只要在設(shè)計(jì)、施工中堅(jiān)持“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、專心施工、準(zhǔn)時(shí)支護(hù)、定時(shí)測(cè)量”的準(zhǔn)則，科學(xué)選擇斷面方式、支護(hù)參數(shù)、開挖方法和工程有關(guān)秩序，一定能夠有效的顯現(xiàn)出小間距隧道的優(yōu)勢(shì)，與此同時(shí)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益高、安全性能好的最終目的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 劉艷青，鐘世航等 小凈距并

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