大断面小净距隧道施工技术

 小净距隧道双洞的中夹岩柱宽度介于连拱隧道和双线隧道之间，一般小于1.5倍隧道开挖断面的宽度。
位于南充西山风景区的西山隧道最小净距为4m，隧道内轮廓净宽13.16，属于典型的双线、双洞、小净距隧道。地质钻探资料揭示该隧道岩石条件较差，以泥岩、砂岩为主。隧道岩层近于水平，受西山向斜影响，局部存在小扭曲，褶皱现象，主要泥岩构成，易吸水软化，失水开裂，相对于上、下层位的泥质砂岩，便形成了“泥化软弱夹层”。此隧道以Ⅳ～Ⅴ类围岩为主。隧道左线长1140m，右线长1151m，围岩情况为：左线Ⅳ类围岩480m，Ⅴ类围岩660，右线Ⅳ类围岩480m，Ⅴ类围岩671m。该隧道支护和衬砌共有5种类型：Ⅳ2型衬砌适用于车行横道与隧道交叉口段的Ⅳ级围岩段、Ⅳ1型衬砌适用于非车行横道与隧道交叉口段的Ⅳ级围岩段、Ⅴ1型衬砌适用于地表无建筑物且隧道净距大于18m的Ⅴ级围岩段、Ⅴ2型衬砌适用于地表存在建筑物且隧道净距为5～18m的Ⅴ级围岩段、Ⅴ3型衬砌适用于隧道净距小于5m的Ⅴ级围岩段，洞门结构16m。
西山隧道是四川南充市市政隧道中典型的小净距隧道。本文以该隧道为例，介绍小净距隧道关键的施工方法和技术要点。
1 超前支护
1.1 超前大管棚 为了防止洞口开挖时坍塌，隧道洞口浅埋段采用注浆大管棚超前支护。大管棚采用Ф127×8mm热轧无缝钢管，环向间距为40cm，进口大管棚长25m，出口大管棚长40m。大管棚定位采用长度为2m的Ф140×5热轧无缝钢管，大管棚管身按梅花形布设注浆孔，间距15cm～20cm，孔径Ф10～Ф16。水泥砂浆注浆，水灰比：0.8：1～1：1。
超前大管棚结合导向墙施工，导向墙采用C20混凝土截面尺寸为1.2m×2m（高×长），导向墙中预埋Ф140导向管，外插角为3°。通过导向管将大管棚打入围岩，注浆前将导管口外径与孔口周边密封，预留一小通气孔。采用水泥砂浆注浆，在孔口设置止浆阀。注浆初压为0.8MPa，终压为2MPa。从两边向中间注浆，终压持续15min以上，浆液注入量已达到计算值的80%以上。最后一孔注浆时注浆终压达到2MPa以上，并持续注浆30min方可结束注浆。
1.2 超前小导管 Ⅴ3型衬砌及隧道净距大于12m且下穿构筑物的Ⅴ2型衬砌采用超前双层小导管，其余衬砌类型均采用单层超前小导管。小导管采用Ф42×3.5mm热轧无缝钢管，管身按梅花形布设注浆孔，间距15cm，孔径Ф6～Ф8。水泥砂浆注浆，水灰比0.8：1～1：1注浆压力为0.5～1MPa。超前双层小导管小外插角<10°，大外插角为40°，小外插角与大外插角导管环向间距为20cm。超前小导管外插角<10°，环向间距40cm。纵向设置的超前小导管搭接长度不小于1m。
2 洞身开挖及施工顺序
2.1 钻爆作业 隧道左右线最小间距仅为4～30m，属小净距隧道。行洞与后行洞距离、爆破震动参数及地表沉降控制不当或中岩柱加固强度不够均会导致中岩柱失稳。
为了确保隧道施工安全，后行洞与先行洞掌子面之间的距离不得小于40m，且双洞开挖爆破不可同时进行。先行洞二次衬砌施作完成并达到设计强度后，方可进行相邻位置的后行洞爆破开挖；先行洞二次衬砌施工作业面超前后行洞掌子面15m以上。采用减振爆破技术，达到控制质点振动速度、降低隧道爆破地震动强度的目的。后行洞爆破开挖时，中岩柱靠先行洞一侧拱腰位置处的最大震速不可超过15cm/s。钻爆作业中应监测围岩扰动深度、爆破震动对周边及中岩柱的破坏程度，以便对爆破震动加以控制，以利于中岩柱的稳定。
2.2 Ⅴ类围岩开挖及施工顺序 隧道净距小于5m地段及下穿建（构）筑物的Ⅴ级围岩段采用双侧壁导坑法开挖，其余Ⅴ级围岩段采用中壁法开挖。根据现场条件和施工组织，隧道采用进出口同时掘进的方法施工，左右洞掌子面距离不得小于40m。
2.2.1 双侧壁导坑法开挖及施工顺序 双侧壁导坑法施工，每循环进尺为0.6m与工字钢拱架间距相同，开挖后及时施作初期支护，同时对中岩柱施作Ф42注浆系统锚管注浆加固。为了减少大断面爆破对中岩柱的震动，右洞开挖必须在左洞开挖进尺大于40m，注浆固结后预应力锚杆施加50%的预应力后才能施工。开挖采取短进尺，随即架设钢支撑、临时钢支撑，施作锚杆、钢筋网喷射混凝土等初期支护。将中岩柱中的锚杆对拉连接、施加预应力加固之后，再进行右洞的开挖和支护，右洞不再进行中岩柱注浆及施作预应力锚杆其余工序与左洞相同。施工顺序详见图1。
左洞施工工序说明：
①拱部超前支护及中隔壁超前支护
②左侧导坑上台阶开挖
③左侧导坑上台阶初期支护及临时支护
④左侧导坑下台阶开挖
⑤左侧导坑下台阶初期支护及临时支护
⑥右侧导坑拱部超前支护及中隔壁超前支护
⑦右侧导坑上台阶开挖
⑧右侧导坑上台阶初期支护（中岩柱注浆、预应力锚杆）临时支护
⑨右侧导坑下台阶开挖
⑩右侧导坑下台阶初期支护（中岩柱注浆、预应力锚杆）
{11}拱部超前支护
{12}上部环形导坑开挖
{13}拱部初期支护
{14}上部核心土开挖
{15}下部核心土开挖
{16}下部核心土初期支护
{17}拆除临时支护施作仰拱及小边墙衬砌
{18}施作仰拱填充
{19}施作拱墙二次衬砌
2.2.2 中壁法开挖及施工顺序 Ⅴ级围岩Ⅴ2型衬砌采用中壁法施工，每循环进尺0.6m，与工字钢拱架间距一致，开挖后及时初期支护同时预应力锚杆施工。待锚杆孔内水泥砂浆强度达到设计强度后，对预应力锚杆施加预应力。右洞落后于左洞40m以上且左洞二衬混凝土达到设计强度，二衬作业面超前右洞掌子面15m以上才能开挖。右洞工序与左洞一致。
左洞施工工序说明：
施工工序：
①左侧导坑拱部超前支护及中隔壁超前支护
②左侧导坑上台阶开挖
③左侧导坑上台阶初期支护及临时支护
④左侧导坑下台阶开挖
⑤左侧导坑下台阶初期支护及临时支护
⑥右侧导坑拱部超前支护
⑦右侧导坑上台阶开挖
⑧右侧导坑上台阶初期支护及临时支护
⑨右侧导坑下台阶开挖
⑩右侧导坑下台阶初期支护（施作预应力锚杆）
{11}拆除临时支护施作仰拱及小边墙衬砌
{12}施作仰拱填充
{13}施作拱墙二次衬砌
2.3 Ⅳ类围岩开挖及施工顺序 Ⅳ级围岩段开挖采用YT28气腿式凿岩机，浅孔小药量光面爆破，短进尺、台阶法掘进，钢拱架支撑随后跟进，确保施工安全。根据施工循环安排及时进行锚杆、钢筋网喷砼、钢支撑等支护工作。右洞开挖落后于左洞40m以上，两洞不能同时爆破。右洞和左洞施工工序相同。
施工工序：
①超前支护→②上台阶开挖→③上台阶初期支护→④下台阶开挖→⑤下台阶初期支护→⑥施作仰拱及小边墙衬砌→⑦施作仰拱填充→⑧施作拱墙二衬。
上部台阶开挖工作面采用自制的钢架开挖台车，每循环开挖结束后，立即施作上台阶临时横撑并及时喷砼支护。
3 中夹岩柱加固及初期支护
设计图对Ⅴ类围岩隧道净距小于6m段必须加固中夹岩柱，隧道净距小于5m中夹岩柱加固方式包括中夹岩柱注浆及对拉预应力锚杆。隧道净距5～6m中夹岩加固方式为对拉预应力锚杆。为确保开挖过程中围岩的稳定，减少因隧道间距小导致围岩变形、爆破震动等不利因素，满足小净距隧道中夹岩柱特有的加固要求。隧道施工部署是先开挖左洞，在开挖支护后对中夹岩柱进行注浆加固和对拉预应力锚杆加固，左洞超前右洞40m以上后才能进行右洞开挖。
3.1 中夹岩柱注浆 左洞隧道开挖后，及时施作初期支护和临时支护，在进行系统锚杆作业时同时进行中夹岩柱注浆。中夹岩柱注浆系统锚管采用Ф42×3.5mm热轧无缝钢花管，长度与隧道净距一致，环向间距40cm，纵向间距100cm。系统锚管位于两隧道之间并与隧道垂直。系统锚管仅于左洞内边墙布置，并一次加固到右洞相应段落的内边墙侧墙，系统锚管与隧道拱部系统锚杆同工序施工。注浆初压为1.0MPa，终压为1.5MPa，水泥砂浆水灰比为0.8：1～1：1。
安装注浆管时，在注浆管孔口处预留不小于30cm的止浆段，孔口加止浆阀止浆。注浆前进行压水试验，通过试验确定注浆参数，从而保证砂浆将土和岩石良好胶结硬化，达到加固的目的。注浆结束后及时对注浆效果进行检查，如未到达设计要求时，必须补充孔再注浆。
3.2 中夹岩柱预应力对拉锚杆 中夹岩柱预应力对拉锚杆采用Ф25螺纹钢筋，张拉设备采用千斤顶。锚杆预张拉力为100KN。具体施工为左洞对拉锚杆孔内水泥砂浆强度达到设计强度后，对锚杆施加预应力为设计值的50%进行初张拉；右洞开挖暴露出锚杆端部后，施加预应力至设计值，然后对左洞锚杆补拉至设计值。锚杆在同一截面上间隔进行张拉，以避免产生局部压应力集中现象。
施工中千斤顶端部及非张拉端钢筋端部严禁站人，并加设防护措施。张拉后的钢筋在未灌浆前严禁碰击、踩踢。灌浆工作必须避开钢筋端部，以防预应力钢筋突然断裂弹出伤人。在有油压的情况下，严禁拆卸油压系统中的任何零件。
3.3 初期支护 西山小净距隧道的初期支护包括挂钢筋网、喷钢纤维混凝土、中空注浆锚杆、砂浆锚杆、工字钢拱架等，依据围岩类别的不同分别设置。初期支护紧跟开挖面及时施作。减少围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩短期内松弛。
4 结束语
①小净距双洞隧道施工的关键是加固中间岩柱。由于该类隧道围岩的自稳性及支护结构的受力较一般隧道复杂，对于净距较小的软弱围岩必须采取中岩柱注浆及预应力锚杆对拉等措施加固。以确保中间岩柱的稳定。②小净距双洞隧道施工的爆破作业，必须采用光面爆破技术，以减少爆破震动对隧道结构的影响。施工过程中严格遵循“预加固，少扰动、勤量测、早封闭”的原则，使开挖后围岩变形得到抑制，保证中岩柱稳定。③小净距双洞隧道施工应严格控制工序。通过正确安排双洞的开挖、支护及二次衬砌的间隔和顺序，可有效的控制隧道之间由于净距较小引起的围岩变形，保证隧道结构的安全。