郝永明

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2010-5640-0275

摘? 要：本文總結(jié)了小凈距隧道在不同陡傾結(jié)構(gòu)面的角度及陡傾結(jié)構(gòu)面的組合下的位移和應(yīng)力特點(diǎn)，根據(jù)這些特點(diǎn)提出了采取在中間巖體注漿和進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨桿施工等措施能夠有效提高圍巖的承載能力，提出通過(guò)對(duì)圍巖塑性區(qū)、變形量以及應(yīng)力集中程度進(jìn)行預(yù)測(cè)來(lái)對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，并根據(jù)圍巖的控制原則從開(kāi)挖方式、加固方式、爆破選擇等角度提出了對(duì)圍巖穩(wěn)定性的控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：小凈距隧道? 圍巖? 承載能力? 加固? 控制原則

中圖分類(lèi)號(hào)：TU744? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（c）-0011-03

The Safe Construction Technology of Small Clear Distance Tunnel Under the Condition of Cutting Steep? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Structural Surface

HAO Yongming1，2

（1. China Communication Road and Bridge Construction Co.， Ltd.， Beijing， 100027 China; 2. China Communication South Road and Bridge Construction Co.， Ltd.， Beijing， 100027 China）

Abstract： This paper summarizes the characteristics of displacement and stress of small clear distance tunnel under different angles and combinations of steep-dip structural planes， According to these characteristics， it is suggested that grouting in the middle rock mass and construction of prestressed anchor bolt can effectively improve the bearing capacity of surrounding rock， The stability of surrounding rock is monitored and controlled by predicting the plastic zone， deformation and stress concentration of surrounding rock， and according to the control principle of surrounding rock， the control technology of surrounding rock stability is put forward from the angles of excavation method， reinforcement method and blasting choice.

Key Words： Small clear distance tunnel; The surrounding rock; Carrying capacity; Reinforcement; Control principle

小凈距隧道施工中不同的施工方式、凈距等都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響，而不同角度組合的陡傾結(jié)構(gòu)面、不同開(kāi)挖間距、不同凈距以及不同開(kāi)挖方式所產(chǎn)生的位移和應(yīng)力都有所不同。本文基于研究不同條件下的小凈距隧道的位移和應(yīng)力特點(diǎn)，總結(jié)出一套小凈距隧道安全施工工藝。

1? 小凈距隧道的位移和應(yīng)力特點(diǎn)

不同角度組合的陡傾結(jié)構(gòu)面、不同開(kāi)挖間距、不同凈距以及不同開(kāi)挖方式下小凈距隧道的位移和應(yīng)力存在以下特點(diǎn)。

（1）小凈距隧道中不同陡傾結(jié)構(gòu)面的角度及陡傾結(jié)構(gòu)面的組合對(duì)隧道施工中產(chǎn)生的位移、應(yīng)力、塑性區(qū)會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)面大于75度后，隧道施工中產(chǎn)生的位移、應(yīng)力以及塑性區(qū)都會(huì)隨著角度的增大而降低。

（2）陡傾結(jié)構(gòu)面存在的條件下，小凈距隧道施工過(guò)程中，掌子面的距離應(yīng)該選取較大值，范圍為10～25 m，特別是需要爆破的情況下，掌子面間的施工距離應(yīng)該設(shè)置得大，以免對(duì)陡傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生較大的影響。

（3）隧道之間凈距小于D時(shí)，中間巖體隨著凈距的減小而逐漸出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，產(chǎn)生的塑性區(qū)也會(huì)慢慢貫通，因此，在較小的施工凈距下，因采取措施對(duì)中心巖體采用加固等方式進(jìn)行處理[1]。

（4）在陡傾結(jié)構(gòu)面存在的條件下，小凈距隧道施工眾多方法中應(yīng)首先考慮采取多臺(tái)階的施工方法，該施工方法可以有效地減少隧道施工中對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度。

基于以上的分析，對(duì)小凈距隧道安全施工工藝進(jìn)行了研究，從中間巖體的保護(hù)、圍巖控制、支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工工序等方面給出施工工藝方法。

2? 中間巖體的加固方式

（1）中間巖體注漿預(yù)加固。

隧道小凈距的施工過(guò)程中，由于圍巖中存在結(jié)構(gòu)面[2]，由于圍巖比較破碎，隧道中間巖體較其他區(qū)域的厚度值更小，故易在隧洞施工的過(guò)程中對(duì)中間巖體產(chǎn)生較大的影響，甚至導(dǎo)致破壞，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采取在中間巖體進(jìn)行注漿預(yù)加固，或在中間巖體中增加預(yù)應(yīng)力錨桿等措施可以有效降低施工的破壞影響。在施工過(guò)程中宜選取使用超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿預(yù)加固操作，通過(guò)在中間巖體中增加預(yù)應(yīng)力錨桿以及注漿預(yù)加固等措施可以有效的增加巖體的承載力進(jìn)而提高中間巖體的整體承載力[3]。宜采用Φ42厚5mm的無(wú)縫鋼管進(jìn)行超前小導(dǎo)管的加工，并且上端密封完整，沿著鋼管距離20cm進(jìn)行打孔，孔的直徑選擇6mm，可以讓水泥漿有效的經(jīng)所打的孔進(jìn)行巖層，從而包圍超前小導(dǎo)管進(jìn)而形成一個(gè)完整的整體，該措施可以有效提高圍巖的自身穩(wěn)定能力。超前小導(dǎo)管的長(zhǎng)度選擇為3.5m，注漿的搭接長(zhǎng)度為1.0m，以40cm為一個(gè)間隔沿著隧道斷面進(jìn)行放置，鉆孔的角度應(yīng)選擇在10°～15°之間。注漿液的選擇水泥漿，水泥則選擇使用超細(xì)品種的水泥，在整個(gè)注漿的過(guò)程中應(yīng)使注漿的壓力值保持在1MPa左右的范圍內(nèi)。在進(jìn)行后行洞的施工過(guò)程中也需要對(duì)整個(gè)開(kāi)挖面采取注漿進(jìn)行加固的措施。

（2）中間巖體預(yù)應(yīng)力錨桿施工。

在先行洞已經(jīng)施工10m以后，便可在中間巖體采用預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行加固，錨桿的放置應(yīng)該根據(jù)圖紙所標(biāo)注的位置先測(cè)量定點(diǎn)，然后鉆孔打入錨桿，錨桿的選用采取Φ28螺紋鋼進(jìn)行加工制成，加工長(zhǎng)度的選擇應(yīng)根據(jù)相關(guān)的巖體厚度、襯支厚度、工作長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算得出，最終選擇錨桿的長(zhǎng)度為6.24m。錨桿的安裝應(yīng)一次性在先行洞完成，并且安裝過(guò)程中應(yīng)采取包裹保護(hù)等措施保護(hù)錨桿的打入端，該措施可以有效保護(hù)錨桿的絲口在后行洞的施工時(shí)不被破壞，有利于后開(kāi)挖段的施工。所選砂漿應(yīng)在錨桿安裝完成后的規(guī)定時(shí)間以?xún)?nèi)達(dá)成所需的強(qiáng)度，根據(jù)圖紙相關(guān)規(guī)定，應(yīng)在24h內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%。在砂漿強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)定后，可以在先行洞中的錨桿段進(jìn)行墊板的裝配，并對(duì)螺絲帽進(jìn)行擰固操作以滿(mǎn)足相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。后行洞開(kāi)挖完成以后，應(yīng)該及時(shí)處理錨桿頭部被包裹的地方，并增加應(yīng)力滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定。采取錨桿加固強(qiáng)化中間巖體以后，可以同時(shí)增加圍巖的約束能力也可以增加其極限強(qiáng)度值。

（3）中間巖體施工監(jiān)控量測(cè)。

在進(jìn)行小凈距隧道施工過(guò)程中因?yàn)閲鷰r自身的穩(wěn)定性以及支護(hù)結(jié)構(gòu)上的受力較多而雜，因而必須定時(shí)進(jìn)行受力的監(jiān)測(cè)，定期使用水準(zhǔn)儀測(cè)量按10m間隔距離進(jìn)行拱頂沉降的監(jiān)控，前15d應(yīng)每天測(cè)量一次，15～30d中間應(yīng)間隔2d測(cè)量一次，1～3個(gè)月每周測(cè)一次。周邊收斂采用收斂計(jì)測(cè)，測(cè)量周期的選擇與拱頂沉降時(shí)選擇的周期一致。在采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行地表沉降的測(cè)量中，應(yīng)每天于先行洞和后行洞開(kāi)挖面小于2倍洞寬時(shí)測(cè)量一次，少于5倍隧道寬度時(shí)應(yīng)每隔2d進(jìn)行一次測(cè)量，多于5倍隧洞寬度時(shí)每周進(jìn)行一次測(cè)量，在于對(duì)圍巖的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行定期測(cè)量監(jiān)控，如整個(gè)觀測(cè)期以?xún)?nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)都處于穩(wěn)定情況，即可進(jìn)行下一步的施工操作。

應(yīng)實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量效果圖的制作，并與設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)位移-時(shí)間曲線處于平穩(wěn)時(shí)，則可以進(jìn)行二襯的施工;如若位移-時(shí)間曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，表明支護(hù)結(jié)構(gòu)并不安全，此時(shí)應(yīng)增加對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控次數(shù)，并及時(shí)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，如果不能保證施工中的安全，應(yīng)及時(shí)停止施工。經(jīng)過(guò)對(duì)沉降的監(jiān)測(cè)，對(duì)中間巖體實(shí)施預(yù)注漿加固以及施加預(yù)應(yīng)力措施，就能使施工安全進(jìn)行。

3? 圍巖的控制

由前面分析可知，小凈距隧道中間巖體處存在明顯的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)疊加，雙洞間塑性區(qū)貫通也較為嚴(yán)重，因此在設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)對(duì)中間巖體有足夠的保護(hù)措施，從而確保施工安全。

（1）小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性控制原則。

隧道開(kāi)挖使得原本處于平衡狀態(tài)的巖土體受到擾動(dòng)，通過(guò)圍巖變形和應(yīng)力轉(zhuǎn)移尋求新的平衡狀態(tài)，對(duì)于小凈距隧道，這一過(guò)程尤為漫長(zhǎng)。通常情況下小凈距隧道雙洞施工進(jìn)程因場(chǎng)地和設(shè)備限制而不同步，先行洞的施工對(duì)圍巖形成一次擾動(dòng)，后行洞在開(kāi)挖時(shí)對(duì)雙洞之間的中間巖體形成二次擾動(dòng)，此時(shí)先行洞的支護(hù)-圍巖平衡狀態(tài)也被打破，因此，在后行洞施工過(guò)程中應(yīng)減小圍巖擾動(dòng)，同時(shí)通過(guò)對(duì)先行洞的實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)及時(shí)對(duì)支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，防止圍巖失穩(wěn)。根據(jù)隧道設(shè)計(jì)要求，隧道圍巖變形標(biāo)準(zhǔn)是確定的，這就決定了隧道的容許變形量是確定的，因而通過(guò)采取施加支護(hù)和加固等方法可以有效對(duì)圍巖產(chǎn)生的變形進(jìn)行控制，進(jìn)而也實(shí)現(xiàn)了維持圍巖的穩(wěn)定性[4]。

首先進(jìn)行隧道圍巖穩(wěn)定性判別，根據(jù)本文提出的方法對(duì)圍巖塑性區(qū)、變形量以及應(yīng)力集中程度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并采用工程類(lèi)比法或理論分析等手段確定以上3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的控制標(biāo)準(zhǔn)，并依次對(duì)三者進(jìn)行評(píng)價(jià)，只要有一項(xiàng)不滿(mǎn)足安全規(guī)定即視為圍巖無(wú)法保持時(shí)刻平穩(wěn)，這時(shí)就需要對(duì)圍巖進(jìn)行一定的施工措施來(lái)維持其穩(wěn)定性，時(shí)刻監(jiān)察圍巖變形大小以及監(jiān)控圍巖的受力情況，采用信息技術(shù)等高速通信方式施工，可以有效增加隧道施工中的安全度[5]。

（2）小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)

首先，秉承新奧法的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)使得圍巖自身穩(wěn)定性可以有效表現(xiàn)出。根據(jù)以往大量的施工經(jīng)驗(yàn)可以得出，采用分布開(kāi)挖的方法能夠使圍巖的自承能力有效發(fā)揮，通過(guò)保留核心土的方法使其發(fā)揮出自身穩(wěn)定性，在開(kāi)挖過(guò)程中也能保持圍巖的穩(wěn)定性，不會(huì)發(fā)生一挖即塌的現(xiàn)象[6]，從而為支護(hù)結(jié)構(gòu)的施作爭(zhēng)取時(shí)間，當(dāng)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)后圍巖變形得到一定程度的釋放，因此支護(hù)結(jié)構(gòu)有了有效的支撐，其在隧道施工過(guò)程中能夠有效的發(fā)揮作用，保證了施工的安全。再者，從小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性特點(diǎn)來(lái)看，應(yīng)加強(qiáng)中間巖體的加固措施。由于小凈距隧道中間巖體在施工過(guò)程中受到多次擾動(dòng)，因此其力學(xué)行為相當(dāng)復(fù)雜，當(dāng)隧道穿越軟弱破碎圍巖時(shí)必須采用必要的加固措施[7]。常用的加固方式有注漿加固、管棚、小導(dǎo)管以及錨桿等，通過(guò)這些方式加固可提高中間巖體的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，可以有效保證施工安全、效率的進(jìn)行。由文獻(xiàn)可知，通過(guò)加固措施可使得隧道周?chē)苄詤^(qū)和彈性區(qū)交替分布，而彈性區(qū)可視為承載圈而存在，這相當(dāng)于在隧道周邊人工制造了一個(gè)具有一定承載能力的承載拱，對(duì)于淺埋隧道尤為有效。此外，當(dāng)采用鉆爆法對(duì)小凈距隧道施工時(shí)爆破方式的合理選擇也會(huì)對(duì)施工過(guò)程產(chǎn)生比較大的影響。炮眼的布置、裝藥量的多少等都對(duì)爆破振動(dòng)有著重要影響，而爆破振動(dòng)不可避免地對(duì)隧道圍產(chǎn)生較大擾動(dòng)，因此需要對(duì)爆破振動(dòng)對(duì)于中間巖體的擾動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而合理地選擇技術(shù)參數(shù)。距離爆源最近的振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各方向振速最大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)振速隨掌子面距離逐漸減小[8]?？偠灾陂_(kāi)挖小凈距隧道過(guò)程中應(yīng)盡量減少中間巖體的擾動(dòng)，同時(shí)合理開(kāi)挖和支護(hù)是施工的關(guān)鍵[9]，如有必要，應(yīng)采取對(duì)應(yīng)的施工措施來(lái)加固中間巖體，維持其穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性控制的目的，使隧道工程能夠達(dá)到安全施工的要求，保證整個(gè)工程安全、可靠、有效率的完成。

4? 結(jié)論

（1）本文通過(guò)研究小凈距隧道不同角度組合的陡傾結(jié)構(gòu)面、不同開(kāi)挖間距、不同凈距以及不同開(kāi)挖方式所產(chǎn)生的位移和應(yīng)力，從中間巖體的保護(hù)、圍巖控制、支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工工序等方面給出施工工藝方法。

（2）提出通過(guò)對(duì)圍巖塑性區(qū)、變形量以及應(yīng)力集中程度進(jìn)行預(yù)測(cè)來(lái)對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制。

（3）從開(kāi)挖方式、加固方式、爆破選擇等角度提出了一套圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)。

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