楊永紅

（河南交建工程監(jiān)理檢測技術(shù)服務(wù)有限公司，鄭州450000）

城市復(fù)雜環(huán)境小凈距大跨度隧道施工技術(shù)探究

楊永紅

（河南交建工程監(jiān)理檢測技術(shù)服務(wù)有限公司，鄭州450000）

通過對復(fù)雜環(huán)境下小凈距大跨度隧道施工特點(diǎn)的分析，探究在大跨度隧道施工中的具體開挖方法以及輔助方法，最終希望能為具體的施工過程提供參考。

大跨度；小凈距；隧道；施工技術(shù)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.121

1 引言

大跨度隧道是指用于公路、鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中，在遇到山、嶺等比較復(fù)雜的地理環(huán)境時(shí)，需要開挖隧道以保證基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程順利完工。大跨度隧道指橫向跨度大于等于30m的隧道。

2 小凈距大跨度隧道的基本特點(diǎn)

近年來，國內(nèi)外出現(xiàn)了許多深埋管道，由于地下環(huán)境復(fù)雜，隧道開挖后，隧道結(jié)構(gòu)以及受力方向發(fā)生改變，引起開挖地區(qū)周圍圍巖的應(yīng)力發(fā)生變化。從一般隧道結(jié)構(gòu)以及受力的特點(diǎn)來看，小凈距大跨度隧道具有3個(gè)顯著的特點(diǎn)。

2.1 小凈距

站在巖體力學(xué)的角度來分析隧道開挖后，巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生的變化。認(rèn)為隧道開挖以前存在原有的應(yīng)力，開挖后發(fā)生變化，從中產(chǎn)生了二次應(yīng)力。圍巖的彈塑區(qū)域，會因應(yīng)力的改變而發(fā)生變化。在考慮雙洞凈距問題時(shí)，只要確保雙方的距離足夠遠(yuǎn)，且都在雙方開挖引起的應(yīng)力變化影響范圍以外，即可保證安全[1]。一般隨著雙洞距離的縮小，二者間的應(yīng)力變化可能會相接，再進(jìn)一步可能會重疊，隧道的安全問題受到威脅。

一先一后的施工方法一般用于小凈距隧道的施工中。先行的隧道施工的大體過程要注意：隧道開挖位置的選擇、隧道開挖引起的受力變化等，與一般的單洞施工大體相同。后面開挖的隧道受力模式更為復(fù)雜，不同于修建一般的洞室，考慮與先行隧洞的距離以及先行隧道的應(yīng)力變化狀況。具體表現(xiàn)為先行施工的隧道開挖后，周圍的圍巖松弛，隧道周圍的支架的負(fù)荷量加大。后行隧道的施工會導(dǎo)致先行施工的支架及周圍的圍巖向臨空面拉伸。如圖1所示，兩隧道間巖體的穩(wěn)定才能確保兩條隧道的安全，塑膠區(qū)是保證兩隧道間巖體穩(wěn)定的關(guān)鍵，需要在施工期間注意的是：不出現(xiàn)或是不貫穿塑膠區(qū)。

圖1 隧道開挖示意圖

圖2 隧道斷面示意圖

2.2 大斷面

我們在計(jì)算應(yīng)力結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn)，圍巖應(yīng)力與自身的大小無關(guān)。但在隧道的穩(wěn)定性問題上卻不得不考慮其尺寸大小問題。不考慮尺寸大小除非是隧道巖石整體結(jié)構(gòu)完整且富有彈性，很明顯這在現(xiàn)實(shí)生活中不可能實(shí)現(xiàn)。因而，隧道尺寸的大小會對隧道的穩(wěn)定性造成影響。

如圖1所示，為簡單的隧道開挖示意圖。假定條件：隧道軸線與兩組節(jié)理交線平行，節(jié)理間距均為1m。任務(wù)：開挖一正方形的隧道大斷面。圖2中與36m2的陰影部分表示可能造成的潛在不穩(wěn)定巖石塊。體積大約為144m3。根據(jù)圖示可推出因開挖而產(chǎn)生的不穩(wěn)定巖石塊大概有70m3。由此得出，開挖面積的增大會增加不穩(wěn)定巖石塊的面積，影響隧道的穩(wěn)定性，同時(shí)施工的難度和維護(hù)費(fèi)用都會增加。

開挖面積的大小會影響整個(gè)隧道的穩(wěn)定性。這一點(diǎn)在構(gòu)造控制破壞為主的軟弱破碎巖石時(shí)，整個(gè)施工過程都要特別引起注意，及時(shí)采取應(yīng)對之策，以確保將施工的損失降到最低。若爆破控制技術(shù)有限，對這個(gè)問題就要更加引起注意，整個(gè)隧道的安全都會因此受到影響。

2.3 偏平率低

市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對交通的發(fā)展提出更高的要求，尤其在近年來隧道開挖斷面不斷增大。面對多車道隧道，隧道在高度上沒有明顯變化，變化在寬度上慢慢增大，隧道界限越來越扁平，由此圍巖及襯砌結(jié)構(gòu)的受力點(diǎn)發(fā)生變化。

隧道開挖的高度與開挖寬度的比值即為扁平率，扁平率是隧道安全性的重要標(biāo)志。不同的車道有不同的扁平率，一般兩車道隧道扁平率在0.8上下，三車道是0.65，四車道為0.5。扁平結(jié)構(gòu)的隧道對地基承受力提出更高的要求，隧道開挖后應(yīng)力分布發(fā)生變化，接近地面的地方受力增大，即需要增大地基承受力。拱頂受力變小易出現(xiàn)松弛或者下沉，或拉力過大而塌方，對隧道的安全性造成影響。

3 大跨度隧道施工中容易導(dǎo)致大跨度坍塌的原因分析及注意事項(xiàng)

大跨度隧道是隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展對建筑行業(yè)提出的新要求。在大跨度隧道的具體施工中需要做到如下幾點(diǎn)。

3.1 對大跨度隧道的判定

表1為國際隧道協(xié)會對隧道劃分依據(jù)，主要是通過隧道斷面來判斷隧道是否屬于大跨度。根據(jù)圖表得出隧道斷面大于等于100m2就可以判定為大跨度。三車道或是較寬兩車道公路隧道可劃分為大跨度隧道。

表1 國際隧協(xié)斷面劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.2 大跨度隧道具體的開挖方法

大跨度隧道基本的開挖方法為單洞大跨度隧道的組合。根據(jù)圍巖的級別對單洞大跨度隧道開挖可分為：CD工法即為中壁工法，將開挖斷面分為兩部分，開挖面減小，大跨度變?yōu)樾】缍?；減小開挖面，將大跨度、大斷面變?yōu)樾】缍取⑿嗝?，有利于在施工時(shí)對地質(zhì)作出及時(shí)的檢測，應(yīng)用廣泛。如我國的中山門隧道就是采用了這種以大化小的開挖方法；CRD工法即為交叉中壁工法，是中壁法與臺階法的結(jié)合，最早出現(xiàn)在日本；三導(dǎo)洞法，又名三導(dǎo)坑法，采用先中間后兩邊的開挖方法，多用在特大斷面公路隧道；全斷面法，用于巖石結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，地質(zhì)條件良好的狀態(tài)下，采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可迅速開挖；臺階法，這種方法多出現(xiàn)在我國傳統(tǒng)的施工過程中，優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡單、耗費(fèi)低、工序簡單。具體施工時(shí)要特別注意初期支架以及各種工作程序的及時(shí)性[2]根據(jù)具體情況隨時(shí)作出調(diào)整，保證大跨度開挖順利又安全地進(jìn)行，從而保證按時(shí)完成施工任務(wù)。

3.3 施工中容易導(dǎo)致大跨度坍塌的原因

大跨度隧道施工之所以會形成坍塌，不外乎以下幾種原因。（1）開挖后的應(yīng)力重分布不均。在同樣高度標(biāo)準(zhǔn)下，相比于普通隧道，大跨度隧道寬度更寬，如此一來，大跨度隧道的斷面一般會形成扁平形狀的拱形結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性難以保證。（2）由于底腳處的應(yīng)力集中超出標(biāo)準(zhǔn)界限，需要將地基的承載力進(jìn)行調(diào)整。開挖后，側(cè)壁處應(yīng)力比較集中。開挖寬度增加，其軸力增加，在此情勢下，底腳的承載力，即地基必須提升。否則，會造成坍塌。（3）拱頂穩(wěn)定性差。普通隧道斷面拱頂比較標(biāo)準(zhǔn)，大跨度隧道斷面的拱頂與其相比，比較扁。如此，支護(hù)結(jié)構(gòu)就需要額外分擔(dān)大部分的荷載，否則，拱頂?shù)某休d力不夠。（4）基于開挖的寬度和開挖的高度比一般隧道要大的多，因而產(chǎn)生拱作用的埋深若不夠，就會產(chǎn)生很大的松弛壓力?；诖?，大跨度隧道容易產(chǎn)生松弛荷載。臺階法、CD(中壁)法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑(眼鏡)法、弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法等施工方法均適合應(yīng)用于大跨度隧道的施工中。

大跨度隧道施工非常關(guān)鍵，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)施工不當(dāng)，就有可能造成隧道坍塌。一般情況下，需注意隧道洞口的施工，隧道洞口是整個(gè)隧道工程的基礎(chǔ)部分，如若施工方法不當(dāng)或防護(hù)措施不當(dāng)，加之地質(zhì)條件復(fù)雜，工程進(jìn)度會被拖延，隧道洞口段坍塌等現(xiàn)象也是常見現(xiàn)象。一般而言，在施工過程中，隧道洞口邊仰坡破壞分為仰坡噴層剝落破壞、張拉破壞、剪切破壞、局部塌陷破壞、雨水沖刷破壞以及洞口初期支護(hù)失穩(wěn)破壞。據(jù)此，隧道洞口邊仰坡的穩(wěn)定性受內(nèi)在因素（邊仰坡巖體的地層與巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力作用等因素）和外在因素（水的作用、氣象變化、植被作用、工程施工等因素）影響。

在大跨度隧道施工中，為了避免施工方法等對工程造成影響，施工方法應(yīng)用過程中，開挖順序、一次成洞、分段開挖、開挖工藝等都要按要求實(shí)施。針對一般鉆爆法、控制爆破法或掘進(jìn)機(jī)法、支護(hù)措施及實(shí)施過程、坑道形狀及尺寸等施工影響因素應(yīng)合理控制。

4 結(jié)語

城市復(fù)雜環(huán)境中小凈距大跨度隧道施工是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，復(fù)雜的環(huán)境需要考慮多種因素才能保證施工的有效性，真正為社會的發(fā)展帶來便利。大跨度隧道施工具體的方法還要在具體實(shí)踐中檢驗(yàn)，希望文章的研究成果能在具體施工中有借鑒價(jià)值。

【1】胡建明.大跨度小凈距公路隧道施工監(jiān)測及圍巖穩(wěn)定性研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2006.

【2】金虎.大跨度小凈距公路隧道施工方法的數(shù)值模擬分析[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.

Construction Technology Research on Neighborhood Tunnel with Large Span Under Complicated Urban Environment

YANGYong-hong
(HenanPostConstructionSupervisionDetectionTechnologyServicesCo.Ltd.,Zhengzhou450000，China)

By analyzing the construction characteristics of the neighborhood tunnel with large span under complicated environment,this paper explores the specific excavationmethods and auxiliarymethods in neighborhood tunnelwith large span construction,ultimatelyhoping to provide a reference for the specific constructionprocess.

large-span;neighborhood;tunnel;constructiontechnology

U455

B

1007-9467（2016）07-0190-02

2016-6-23

楊永紅（1975～），男，河南人，工程師，從事鐵路、公路監(jiān)理及試驗(yàn)檢測研究，（電子信箱）303194870@qq.com。