小净距隧道的结构受力特点及工程措施

小净距隧道的结构受力特点及工程措施

摘要：小净距隧道是介于普通分离式双洞隧道和连拱隧道的一种结构形式，工程应用中它有以下优点：V1）其造价和施工工艺同普通分离式双洞隧道相比差别很小；V2）同连拱隧道相比它的造价要低得多，同时施工工艺也简单；＜3）有利于公路整体线型规划和线型优化。基于上述因素，该结构形式在中、短隧道设计中被广泛采用。但由于小净距隧道的中夹岩的厚度远比普通双洞隧道要小＜一般只有5m〜8m）,所以小净距隧道的围岩稳定与支护结构受力要比普通分离式隧道要复杂，同连拱隧道相比它有其自身的特点。为了保证该结构形式成功地应用于公路建设中，需要采取一定工程措施以保证围岩稳定与支护结构的安全。

关键词：小净距隧道结构分析中夹岩加固

1前言

随着我国高等级公路建设的发展，隧道的修筑技术越来越受到建设单位、设计单位的重视，目前在山区高等级公路建设中遇到大量的中、短隧道建设问题，它的长度一般在500m以下，有时甚至只有100多M。以往在设计中如果遇到短隧道时一般要同高边坡方案进行比选，可近些年来公路建设中强调环境保护，再加上修筑高边坡本身也存在投资不见得节约，在运营中维护工作量大等问题，所以目前设计中尽可能减少高边坡工程。如果选用普通分离式双洞隧道，按照《公路隧道设计规范》JTJ 029-90第2.6.3条对并行公路隧道的净距作出的规定：高速公路、一级公路、一般应设计为上、下行分离的独立隧道。两相邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施工方法、爆破震动影响等因素确定，一般情况可按2.6.3表的规定选用。由于净距的存在，使道路与隧道接线时应有一个三角形过渡区。以三类围岩隧道为例，净距要求是2.5〜3.0倍毛洞洞径，一般双车道隧道毛洞开挖约12.5m左右，净距应在31m〜

38m;另外《公路隧道设计规范》第2.7.2条规定：隧道两端平面线形与路线线形一致的最小长度如表2.7.2, 这就意味在道路接近隧道时左、右同幅分开。如果把隧道两端平面线形与道路线形相一致的最小长度，两端平面线形与道路线形相一致的长度和上述过渡段的长度相加一般在200m以上。对于大于

1000m的长、特长隧道来讲可能建设单位并不介意，如果隧道比较短＜小于300m）,规划设计中出现短隧道群，线路展不开，土地使用量高，建设单位不得不考虑这部分的土地使用费。另外线路中出现大量的短隧道群将给线路的规划带来诸多不便。如果修筑连拱隧道，虽然中隔墙只有2.0m左右，但是这种结构形式存在下列问题：＜1）对地质条件要求苛刻、皿类以下围岩很难修建；＜2）施工难度高，建设周期长；＜3）造价是普通分离式双洞隧道建设成本的两倍以上；＜4）由于该结构形式和施工技术存在难以克服的困难，所以隧道建成后很难保证结构不开裂、不渗漏水。b5E2RGbCAP

两相邻隧道最小净距＜规范表2.6.3）表1

隧道两端线形与线路线形一致的最小长度＜规范表2.7.2 表2

经过多年隧道建设的实践，建设、设计单位提出通过一定的工程措施，适当加固两并行隧道间的围岩＜中夹岩），把净距缩小到4~8m,同时隧道自身建设成本又不明显增加。这样做可以使道路接近隧道时左、右分幅宽度小，道路线形好，占地少；同时与连拱隧道相比它的建设成本大幅度降低。这在某种意义上讲是对现行公路隧道设计规范进行拓展，作为一种新型隧道结构应用在公路建设上来。

2理论分析及数值仿真

公路隧道设计规范中要求的并行双洞隧道最小净距的原因是主要考虑将两相邻隧道应分别置于围岩压力相互影响及施工影响范围之外，或者说其间岩柱具有足够强度和稳定性，这一点已被结构分析结果所证实。我们针对上面提出的小净距隧道问题，应用结构分析手段来探索在净距只有4〜8m的情况下围岩与支护结构的受力特性。结构分析虽然不能完全评估围岩的安全系数，但是可以对各部位围岩的相对安全系数作出比较准确的估计。

结构分析所选用的软件是2D-①围岩的力学参数选取在没有具体工程

实例的情况下采用规范所列各类围岩力学参数的中间值，这样做的目的是 为了探索普通情况下小净距隧道的围岩与支护结构的力学特性。经分析得 到下述结果： plEanqFDPw

＜1）对于普通H 类围岩段，如果不加支护在双洞隧道上半断面开挖时， 在中夹岩处出现一个蝶形塑性区 ＜见图1中黄线内区域）,说明对于H 类围 岩开挖中如不采用合理的开挖方法和预加固措施在隧道开挖过程中围岩就 失稳。在围岩进行预加固的前提下，采用合理的开挖方法，经重新分析， 可以看出H 类围岩段中夹岩处的塑性区大为减小 ＜见图2中黄线内区域）, 但是此时围岩已经过加固，支护结构未出现破坏，说明对于H 类围岩经过 合理的加固是可以保证围岩稳定和初期支护安全的。结构分析中同时可以 看到H 类深埋段中夹岩的受力要比H 类围岩浅埋段的受力更为严峻。

DXDiTa9E3d

＜2）对于普通皿类围岩段，结构分析的结果同n 类围岩段有相似之处， 只不过围岩的塑性区比n 类围岩有所减小 ＜见图3）,说明皿类围岩段对中 夹岩的预加固和采用合理的施工方法同样是必须的。结构分析中同时对皿 类硬质围岩深埋段进行结构分析，得出的结果表明深埋对中夹岩的影响不 象n 类围岩埋深时对中夹岩的影响那么大。RTCrpUDGiT

＜3）对于普通W 类围岩段，结构分析结果表明在净距只有 4m 的情况 下，采用全断面施工基本上不出现塑性区，但中夹岩处围岩的安全系数， 一般只有

1.5〜3.0之间，只相当其它部位的1/2〜1/3＜见图4）。说明对于 W 类围岩中夹岩的安全只比临界安全略高，如果施工中不注意对中夹岩的 保护，不做好控制爆破和光面爆破同样会出现围岩失稳现象。

5PCzVD7HxA

图1： n 类围岩上半断面开挖后围岩的安

全 图2: n 类围岩经预加固围岩的安全系数系数

v 黄线处为1.0,蓝线处为0.8）

＜4）对于普通V 类围岩段，结构分析表明隧道在双洞全断面同时开挖 时，中夹岩的安全系数一般大于3.0,如果考虑到施工爆破对中夹岩的松动 影响可适当对其进行加固。

3结构设计

根据结构分析结果可以得出下列结论：＜1）由于小净距隧道中夹岩的 厚度远小于普通分离式双洞隧道的中夹岩厚度，隧道施工中该处二次应力 场在此叠加，出现应力集中，设计中应重点对该处进行加固；＜2）除中夹 岩处以外的围岩同时由于左、右洞二次应力的叠加，它的受力也比同样围 岩条件下普通分离式双洞隧道更为严峻一些，是结构需要加固的次重要部 位。

结构设计中对于H 、皿类围岩，一般采用下列措施进行加固：＜1）预 注浆，注浆范围对于左洞应从左拱脚到右侧墙脚处，对于右洞应从右拱脚 到左侧墙脚处；＜2）中夹岩处初期支护的喷砼、钢支撑设计参数略比普通 双洞隧道的参数略有加强；＜3）中夹岩处深层围岩加固主要采用贯穿两洞 的水平预应力对拉锚杆，施作范围建议从左洞右侧拱腰到右侧墙脚处，对 应于右洞应从左侧拱腰到左侧墙脚处 ＜见图2、3所示）。这里值得一提的 是对中夹岩深层的加固不提倡多于二种的加固措施，例如有的对中夹岩的 深层加固设计中使用小导管预注浆、系统锚杆和对拉锚杆。在修改设计中 我们取消了系统锚杆，主要考虑到对围岩的反复加固反而会削弱围岩的整 体强度。＜4）对中夹岩以外的围岩加固同普通双洞隧道的相同部位，设计 参数略有加强。

对于W 、V 类围岩，结构分析表明中夹岩处一般不会出现塑性区，对 中夹岩的加固在W 类围岩条件下建议将系统锚杆加长 0.5~ 1.0m,其它部 位的初期支护参数可参照同类围岩条件下的普通分离式双洞隧道设计参 数，或略有加强。对于V 类围岩建议在中夹岩处增设系统锚杆，其它设计

参数参照同类围岩

图3:川类围岩经预加固围岩的安全系数

图4:W 类围岩时隧道围岩的安全系数 ＜黄线处安全系数为1.0）