浅谈小间距双线隧道设计与施工方法

浅谈小间距双线隧道设计与施工方法

摘要本文主要通過对浅埋、偏压、小间距隧道中间岩柱的稳定性进行分析，设计采用步距控制、爆破振速控制、中间岩柱加固、支护结构加强及监控量测五种手段来保障小间距隧道施工过程中中间岩柱的稳定性，以确保隧道在施工过程中顺利实施。

关键词浅埋；偏压；矿山法；双线隧道；小间距；中间岩柱；稳定性

前言

目前，在隧道矿山法施工中小净距隧道的工程越来越多，这种小净距隧道比普通隧道通常采用的间距还要小的一种特殊隧道结构形式。随着铁路建设向城市山区的逐步延伸，项目的地形和地质条件越来越复杂，超小净距双洞隧道作为一种新出现的隧道结构形式，对超小净距隧道设计和施工进行研究就显得十分必要。

根据大量已建成的小净距隧道的经验和国内相关的科研成果，鉴于山岭区铁路隧道建设面临的复杂地形和地质情况，在路线布线过程中有时仍不可避免地出现隧道间距比普通小净距隧道还要小的情况，通过设计采用步距控制、爆破振速控制、中间岩柱加固、支护结构加强及监控量测五种手段来保障小间距隧道施工过程中中间岩柱的稳定性并对其进行探讨和分析评价。

1 项目概况

新建赣州至深圳客运专线牛角窝隧道与新建广州至惠州北车站联络线牛角窝隧道并行，正线隧道为时速350km的双线无砟轨道隧道，线间距5.0m，与联络线牛角窝隧道同步施工。赣深客运铁路牛角窝隧道右线线路中线与广汕铁路惠州北上行联络线线间距为14～14.5m，两隧道轨面标高接近水平。施工过程中建议从进口先行施工赣深客运铁路牛角窝隧道，再行施工联络线隧道[1]。

本隧道根据地质资料显示，隧道围岩为全～弱风化燕山期花岗岩，围岩分级为Ⅳ～Ⅴ级。地形地貌显示该隧道属丘陵区，总体地势为中间高两端低，中部地势陡峭，两侧稍缓和；区内最高海拔为130m，相对高差为40～100m，隧道最大埋深约为40.0m，屬于浅埋隧道，根据地形资料显示，牛角窝隧道出口、联络线牛角窝隧道进口偏压。沟谷内多发育溪流，山坡及山间谷地植被较发育。

为确保施工安全，对该项目小间距双线隧道设计过程中采取合理工程措施来保障隧道施工过程中中间岩柱的稳定性进行探讨及分析评价。

2 工程措施

2.1 步距控制

先行隧道掌子面超前后序施工隧道掌子面施工里程不得小于30m，后序施工隧道掌子面距离先行隧道二次衬砌施工里程不得小于20m。

（1）小间距隧道Ⅳ级围岩地段采用三台阶法施工工法，布局控制平面图如图1所示：

（2）小间距隧道Ⅴ级围岩地段采用六步CD法施工工法，布局控制平面图如图2所示：

2.2 爆破振速控制

在隧道开挖过程中应用最为广泛的矿山法在多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，而且在施工过程中不可避免地遇到爆破产生的动荷载，特别是在一些间距很小的较大开挖断面隧道。因此，减小周边控制爆破的影响对于维护既有隧道及围岩的稳定性是十分重要[2]。

小间距隧道爆破震动对既有隧道的影响与天然地震动相比非常相似。爆破震动对建筑物的破坏程度以振动速度为衡量标准。按《爆破安全规程》规定，既有隧道允许的振动速度为小于10～20cm/s，而长江水利水电研究院建议的安全爆破震动速度规定如下（表1）。

通过探讨及分析得出该隧道爆破振速所需控制的结论：

为减小后行隧道开挖对先行隧道的影响，后行隧道爆破开挖时先行隧道洞壁单点震动速度应控制在5cm/s之内。左右两个隧道掌子面前后作业时，应错开钻爆作业时间，同时在爆破作业时，增加毫秒雷管的起爆段数，减少振动波叠加，控制震速；同时采用周边眼预切缝减震爆破措施，与预裂爆破的原理相似，在隧道周边采用密集钻孔间隔装药（两个装药孔中间的孔不装药，为空孔，主要起切缝导向的作用）预先切割缝的控制爆破技术。根据工程实践，密集导向空孔形成的切割缝可以将缝内爆破震动速度大幅降低。

另外，在后行隧道爆破开挖前，先行隧道应进行二次衬砌支护，形成封闭结构，并可考虑对先行隧道迎爆侧二次衬砌结构进行加强处理及对两隧道间岩层采取必要的超前支护和地层加固等保护措施，有利于减小爆破震动产生的影响，确保先行隧道迎爆侧不会出现破坏[3]。

2.3 中间岩柱加固

（1）Ⅳ级围岩两隧道中间岩柱加固采用φ25对拉预应力锚杆，长4.5m，锚杆间距环*纵=1.0m*1.0m，梅花形布置，锚杆尾端均应配垫板、螺母。

从仰拱填充面向上5.0m范围内对中夹岩打设5根φ25对拉预应力锚杆，环向间距1.0m、纵向间距1.0m，并采取1：1 水泥浆注浆固结中夹岩。φ25中空

对拉预应力锚杆长度宜为露出中夹岩两端初支表面20cm，先行洞在对拉锚杆注浆后进行初次张拉，后行洞开挖暴露锚杆端部时，对锚杆进行张拉锚固。

对拉锚杆施做工艺：φ25对拉锚杆采用风钻直接从左洞打入右洞→清孔→安装锚杆（两端以露出设计初支面20cm左右为宜）→安装止浆塞→注浆（浆液溢出孔口）→顶紧止浆塞→安装锚垫板及螺母→采用扭力扳手实施初应力（以锚垫板与初支面密贴为止）→右洞开挖（露出锚杆尾部）→初喷岩面→安装钢筋网片→安装锚垫板及螺母→张拉（采用扭力扳手张拉至设计值50～80KN）。

Ⅳ级围岩两隧道中间岩柱加固示意如图3所示：

（2）Ⅴ级围岩两隧道中间岩柱加固采用φ50小导管注浆预加固，小导管长5.0m，环向间距0.5m，纵向间距1m设置。Ⅴ级围岩两隧道中间岩柱加固示意如图4所示：

2.4 支护结构加强

Ⅳ级围岩小间距段采用Ⅳ型小间距加强复合式衬砌，初期支护全环采用I20a 型钢钢架、间距0.8m/榀，二次衬砌采用C35钢筋混凝土，拱墙厚度45cm；Ⅴ级围岩小间距段采用Ⅴ型小间距加强复合式衬砌，初期支护全环采用HW175型钢钢架、间距0.5m/榀，二次衬砌采用C35钢筋混凝土，拱墙厚度55cm。

2.5 监控量测

监控量测在小间距隧道中起着至关重要的作用，只有通过监控量测反馈的信息，才能确定隧道施工方案的可行性，从而更好地指导隧道的施工。在本隧道施工过程中，主要进行地表下沉、拱顶下沉、周边收敛、爆破震动波速、钢筋内力、锚杆内力及洞内围岩观测等进行监控量测，及时反馈量测信息，综合分析围岩变化及支护受力，为方案的调整和优化提出切实可靠的依据。钢架、锚杆内力监测设备预埋方式见图5。

另外，施工过程中加强对本隧道的安全监测及隧道围岩的监控量测工作，发现问题应及时上报并处理，确保施工质量及运营安全[4-6]。

3 结束语

本文牛角窝隧道及联络线牛角窝隧道作为小间距隧道，施工过程更是施工工艺复杂，施工难度极大，因此需经过精心组织设计施工方案，积极探索，以保证隧道施工过程中初支及二衬结构的稳定性，便于顺利完成施工任务。关键技术加强措施上主要为步距控制、爆破振速控制、中间岩柱加固、支护结构加强、监控量测等。

施工过程中应充分做好先行隧道内的监控量测工作，重点对迎爆侧水平方向速度、位移进行监控，通过监测分析结果，合理调整开挖方法、爆破参数及起爆