廣西欽州大跨度小凈距礦山法隧道群設計

肖 敏

（上海城市交通設計院有限公司，上海市 200120）

0 引言

礦山法隧道現(xiàn)有分離式、連拱、小凈距隧道等結構形式，在場地條件允許情況優(yōu)先選用分離式隧道，若凈距不能滿足分離式隧道而連拱隧道又過于復雜,采用小凈距隧道的結構形式能更好地滿足場地和施工便利性要求，但小凈距隧道施工時應確保中夾巖穩(wěn)定，需嚴格控制施工期間相互影響[1]。

常規(guī)兩洞小凈距隧道根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范第一冊土建工程》[2]和《公路隧道設計細則》[3]規(guī)定進行一系列加強設計，現(xiàn)已有大量工程經(jīng)驗。多條小凈距隧道除保證隧道設計加強外，還應合理要求施工順序，避免施工期間相互影響，類似工程案例較少，特別是大跨度隧道群項目。

1 隧道概況

某工程項目位于廣西欽州，共設計礦山法隧道四條。其中B1 號隧道起訖里程B1K0+000～B1K0+2 66，長266 m，B2 號隧道起訖里程B2K0+028～B2K0+230，長202 m，B3 號隧道起訖里程B3K0+028～B3K0+234，長206 m，B4 號隧道起訖里程B4K0+028～B4K0+237，長209 m。B1 隧道洞口與B2～B4 洞口錯幅約60 m，為偏壓隧道，一側采用抗滑樁確保B1 隧道穩(wěn)定性。

隧道兩側接道路，隧道間凈距受制于中央分隔帶及側分帶寬度、場地紅線要求不能采用分離式隧道布置，中間雙向八車道采用連拱隧道布置工程風險較大。綜合考慮四條隧道平面布置如圖1 所示。

圖1 B1、B2、B3、B4 隧道平面布置圖

該項目為B1、B4 隧道為人非，建筑限界凈寬6.25 m，橫斷面組成為0.5 m 側向寬度+3 m 非機動車道+0.25 m 分隔帶+2.5 m 人行道，建筑限界凈高2.5 m。隧道結構凈寬6.55 m，結構凈高5.525 m，隧道內(nèi)輪廓為直墻曲拱形，拱部半徑為3.275 m（見圖2）。

圖2 B1、B4 隧道內(nèi)輪廓橫斷面圖（單位：mm）

B2、B3 為雙向八車道，建筑限界凈寬17.50 m，橫斷面組成為0.75 m 檢修道+0.75 m 側向寬度+14.5 m 機動車道+0.75 m 側向寬度+0.75 m 檢修道，建筑限界凈高5 m。隧道結構凈寬18.121 m，結構凈高11.469 m，隧道內(nèi)輪廓R1 為10 m，R2 為5.5 m，R3 為1.5 m，R4 為20 m（見圖3）。

圖3 B2、B3 隧道內(nèi)輪廓橫斷面圖（單位：mm）

B1、B4 隧道布置在兩側，為人非通道，B2、B3 雙八通道布置在中央，中央分隔帶及側分帶寬度均為9 m。B1～B4 隧道橫斷面布置如圖4 所示。

圖4 B1～B4 隧道剖面布置圖（單位：mm）

隧道設計標高離地面最大約60 m，由于洞外紅線及征地拆遷限制，四條隧道均采用小凈距布置形式，B2、B3 中夾巖的厚度最小僅4.479 m。B1、B2 和B3、B4 中夾巖的厚度最小僅4.899 m。

該項目設計重難點、規(guī)范要求及該項目采取措施如下：

（1）B1 與B2，B2 與B3、B3 與B4 隧道間凈距較小，最小僅4.479 m，中夾巖如何保持穩(wěn)定。規(guī)范建議對中夾巖進行加固，該隧道采用對拉預應力錨桿方式進行加固。

（2）四條隧道施工過程中如何控制后續(xù)隧道開挖對已建隧道影響。規(guī)范中僅有兩條隧道相互施工影響控制規(guī)定。該項目為控制影響，按常規(guī)方式先行施工B2、B3 隧道，待B2、B3 二次結構施工完畢后，采用機械開挖方式施工B1、B4 隧道。

（3）B1 為偏壓隧道，除按偏壓隧道進行襯砌設計外，還應平衡隧道兩側巖土壓力，確保隧道整體穩(wěn)定。規(guī)范對于偏壓隧道襯砌受力設計有詳細要求，兩側不平衡力處理方式有反壓、回填、擋墻、抗滑樁等建議，該項目采用抗滑樁進行處理。

2 工程水文地質

2.1 工程地質

根據(jù)地勘鉆孔取芯結果，隧道范圍的地層主要為粘土層、強風化砂巖、中風化砂巖。

黏土層：顏色為黃灰色，狀態(tài)硬塑，局部含少量碎石，揭示層厚2.5～7.1 m，平均厚度3.76 m，屬于土層。

強風化巖層：主要巖性為砂巖，巖石較軟，鉆芯取樣為較破碎到破碎，巖體裂隙發(fā)育較多，按照規(guī)范計算分級判斷為Ⅳ級軟石。

中風化巖層：主要巖性為砂巖，巖石較硬，較完整，偶見裂隙，巖芯多呈長柱狀，局部少量為短柱狀，局部地段巖芯受輕敲后易斷裂，斷裂面較光滑。按照規(guī)范計算分級判斷為Ⅴ級巖石且為次堅石。

隧道洞口處于強風化巖，洞身由于隧道埋深較深，主要處于中風化巖層范圍。

2.2 水文地質

隧道范圍山體經(jīng)鉆孔物探等手段發(fā)現(xiàn)地下水主要為孔隙水，由于地形不平緩，大氣降水快速經(jīng)山體排泄，且水量不大。

根據(jù)滲透系數(shù)綜合判斷，隧道內(nèi)粘性土和強風化砂巖為弱透水層，中風化砂巖為弱透水層。

2 隧道襯砌設計

復合式噴錨襯砌支護參數(shù)可采用工程類比法或數(shù)值計算法確定，在施工過程中應結合現(xiàn)場監(jiān)控量測資料進行設計。

該隧道設計采用復合式襯砌形式。根據(jù)隧道斷面尺寸、所處圍巖級別，以及類似工程經(jīng)驗，初期支護以錨桿、噴射混凝土、鋼拱架及鋼筋網(wǎng)組成綜合支護體系。B2、B3 隧道初期支護300 mm 厚C25 噴射鋼纖維混凝土，預留變形量150 mm，二次襯砌為800 mm 厚C40 防水鋼筋混凝土襯砌；B1、B4 隧道初期支護180 mm 厚C25 噴射混凝土，預留變形量50 mm，二次襯砌為4 800 mm 厚C40 防水鋼筋混凝土襯砌。圖5 為隧道中夾巖處理剖面圖。具體設計參數(shù)見表1 所列。

表1 隧道復合式襯砌支護參數(shù)表（Ⅴ級圍巖）

圖5 隧道中夾巖處理剖面圖（單位：mm）

由于中夾巖寬度較窄，采用錨桿施工空間不能滿足，因此采用對拉預應力錨桿措施，中夾巖柱對拉錨桿采用5.6 m 左右長φ32 的螺紋鋼筋，環(huán)向間距1 m，縱向間距0.5 m，梅花形布置，施加預應力80 kN，確保中夾巖穩(wěn)定。

B1 偏壓隧道處理（見圖6）：隧道兩側偏壓高度約近21 m，采用抗滑樁+放坡方式，樁頂控制到隧道頂上約3 m，樁頂以上采用兩級1∶0.75 錨釘框架梁邊坡。經(jīng)計算采用直徑1.8 m 旋挖鉆抗滑樁，樁間距2.8 m，樁間采用300 mm 混凝土模筑混凝土。

圖6 B1 偏壓隧道抗滑樁處理斷面圖（單位：mm）

3 輔助施工措施

3.1 超前支護

對于B1、B2、B3、B4 隧道洞口段，由于隧道圍巖條件較差，均采用超前管棚支護形式以確保圍巖穩(wěn)定性。

對于B2、B3 隧道洞身段Ⅴ級圍巖地段，采用超前小導管預注漿的措施以保證結構安全（見圖7）。B2、B3 隧道超前小導管擬采用縱向間距3.5 m 的直徑42 mm 壁厚4 mm 的熱軋無縫鋼管，長度為5.0 m，縱向搭接長度大于1 m，注漿材料采用雙漿。

圖7 B2、B3 隧道超前小導管處理措施圖示（單位：mm）

B1、B4 隧道由于開挖斷面小，不采用超前支護。

3.2 施工工法

考慮到該隧道B2、B3 隧道開挖斷面大，施工中本著“化整為零”的原則。對于洞身Ⅴ級圍巖段采用雙側壁法施工；由于B2、B3 隧道施工風險大，施工過程中需嚴格按照新奧法動態(tài)化設計施工原則，根據(jù)監(jiān)測量控結果及時反饋設計，同步調整開挖節(jié)奏，確保隧道整體安全可控。

對于B2、B3 隧道，由于兩隧道凈距僅4.479 m，左、右主洞開挖掌子面錯開間隔根據(jù)規(guī)范要求應不小于40 m，同時施工中B2、B3 隧道主洞開挖掌子面應確保不相互產(chǎn)生不利影響為前提。當根據(jù)監(jiān)控量測的成果發(fā)現(xiàn)B2、B3 隧道初期支護變形不收斂時，應立即進行補強、提前澆筑二次襯砌。

B1、B4 隧道由于開挖斷面較小，采用臺階法開挖方式。

3.3 施工順序

由于B1～B4 隧道間距過近，為減少相互影響，先行施工B2、B3 大斷面隧道，待B2、B3 隧道二次襯砌結構施工完畢后，再行開挖B1、B4 隧道。為減少影響，B1、B4 隧道需采用非爆破開挖技術。

B1 隧道由于與B2～B4 隧道洞口錯臺，需設置抗滑樁確保B1 隧道整體穩(wěn)定。

四條隧道具體施工工序如下：（1）開挖至B1 隧道抗滑樁頂標高；（2）施工抗滑樁；（3）B2～B4 隧道洞口外路基開挖；（4）先采用爆破開挖施工B2、B3 隧道，兩個隧道的施工工序要求見相關要求；（5）待B2、B3隧道的二次襯砌施工完畢后方可考慮B1、B4 隧道的施工；（6）B1、B4 隧道的開挖使用非爆破施工技術，由于該項目巖石為軟巖，采用機械開挖方式，以避免對已建B2、B3 隧道主體結構的影響。

3.4 施工監(jiān)控量測、超前地質預報

根據(jù)B1～B4 隧道地質特點和結構形式，礦山法隧道監(jiān)控量測必須按規(guī)范要求進行。同時，由于該項目有四條小凈距隧道，除了對先行施工B2、B3 隧道進行常規(guī)監(jiān)測外，在B1、B4 隧道施工時應加強對已完成二襯施工的B2、B3 隧道位移監(jiān)測（見圖8、圖9）。

圖8 B2 隧道拱頂監(jiān)測位移圖（單位：mm）

圖9 B3 隧道拱頂監(jiān)測位移圖（單位：mm）

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，B2 隧道拱頂沉降最大為1.6 mm，且日變化量小于0.2 mm/d。B3 隧道拱頂最大沉降為1.4 mm（見表2、表3）。

表2 圍巖位移報警值一覽表

表3 圍巖位移速率報警值一覽表

位移總值小于1/3 位移設計值（預留變形量）且日變化量小于0.2 mm/d。因此B2、B3 隧道在隧道施工期間拱頂沉降穩(wěn)定。

在B1～B4 隧道掌子面開挖前，應采用超前地質預報方式對隧道前方圍巖狀況進行探測，預報B1～B4 隧道前方圍巖地質情況。如探測成果顯示可能存在不良地質，應采取地質雷達進一步驗證。必要時，B1～B4 隧道需布置超前探孔以準確定位不良地質的范圍及規(guī)模，便于提前處治。施工前應有不良地質應急預案。該工程在施工過程中，超前地質預報未發(fā)現(xiàn)不良地質。

3.5 施工中遇到問題及處理措施

由于設計采用對拉預應力錨桿進行中夾巖加固，待B2 先行隧道開挖完畢后打入對拉錨桿，后行隧道B3 爆破開挖時錨桿破壞較嚴重，張拉質量難以保證。后經(jīng)各方討論決定對B3 隧道拉錨桿范圍采用機械緩慢開挖方式，確保對拉錨桿施工質量。

4 結論

此大跨度小凈距礦山法隧道群已于2018 年開工建設，2021 年11 月建成，施工過程中監(jiān)測變形數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范，B2、B3 隧道在整體隧道施工過程中穩(wěn)定，整體結構安全。圖10 為隧道現(xiàn)場實景。

圖10 隧道現(xiàn)場照片實景

因此對于多條小凈距大跨度隧道，施工過程中先行施工中間隧道，控制左右洞開挖間距，確保中夾巖穩(wěn)定。待B2、B3 隧道二次襯砌施工完畢后采用非爆破開挖技術施工B1、B4 隧道，減少隧道群之間相互影響。此工程為以后此類隧道設計施工積累了寶貴工程經(jīng)驗。