摘要：小凈距隧道是介于普通分離式雙洞隧道和連拱隧道的一種結(jié)構(gòu)形式，工程應(yīng)用中它有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）其造價(jià)和施工工藝同普通分離式雙洞隧道相比差別很��；（2）同連拱隧道相比它的造價(jià)要低得多，同時(shí)施工工藝也簡(jiǎn)單；（3）有利于公路整體線型規(guī)劃和線型優(yōu)化�；谏鲜鲆蛩�，該結(jié)構(gòu)形式在中、短隧道設(shè)計(jì)中被廣泛采用。但由于小凈距隧道的中夾巖的厚度遠(yuǎn)比普通雙洞隧道要�。ㄒ话阒挥�5m～8m），所以小凈距隧道的圍巖穩(wěn)定與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力要比普通分離式隧道要復(fù)雜，同連拱隧道相比它有其自身的特點(diǎn)。為了保證該結(jié)構(gòu)形式成功地應(yīng)用于公路建設(shè)中，需要采取一定工程措施以保證圍巖穩(wěn)定與支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。
關(guān)鍵詞：小凈距隧道結(jié)構(gòu)分析中夾巖加固
1 前言
隨著我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)的發(fā)展，隧道的修筑技術(shù)越來(lái)越受到建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位的重視，目前在山區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)中遇到大量的中、短隧道建設(shè)問(wèn)題，它的長(zhǎng)度一般在500m 以下，有時(shí)甚至只有100 多米。以往在設(shè)計(jì)中如果遇到短隧道時(shí)一般要同高邊坡方案進(jìn)行比選，可近些年來(lái)公路建設(shè)中強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)，再加上修筑高邊坡本身也存在投資不見(jiàn)得節(jié)約，在運(yùn)營(yíng)中維護(hù)工作量大等問(wèn)題，所以目前設(shè)計(jì)中盡可能減少高邊坡工程。如果選用普通分離式雙洞隧道，按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ 029-90 第2.6.3 條對(duì)并行公路隧道的凈距作出的規(guī)定：高速公路、一級(jí)公路、一般應(yīng)設(shè)計(jì)為上、下行分離的獨(dú)立隧道。兩相鄰隧道最小凈距視圍巖類別、斷面尺寸、施工方法、爆破震動(dòng)影響等因素確定，一般情況可按2.6.3 表的規(guī)定選用。由于凈距的存在，使道路與隧道接線時(shí)應(yīng)有一個(gè)三角形過(guò)渡區(qū)。以三類圍巖隧道為例，凈距要求是2.5～3.0 倍毛洞洞徑，一般雙車道隧道毛洞開(kāi)挖約12.5m 左右，凈距應(yīng)在31m～38m；另外《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》第2.7.2 條規(guī)定：隧道兩端平面線形與路線線形一致的最小長(zhǎng)度如表2.7.2，這就意味在道路接近隧道時(shí)左、右同幅分開(kāi)。如果把隧道兩端平面線形與道路線形相一致的最小長(zhǎng)度，兩端平面線形與道路線形相一致的長(zhǎng)度和上述過(guò)渡段的長(zhǎng)度相加一般在200m 以上。對(duì)于大于1000m 的長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道來(lái)講可能建設(shè)單位并不介意，如果隧道比較短（小于300m），規(guī)劃設(shè)計(jì)中出現(xiàn)短隧道群，線路展不開(kāi)，土地使用量高，建設(shè)單位不得不考慮這部分的土地使用費(fèi)。另外線路中出現(xiàn)大量的短隧道群將給線路的規(guī)劃帶來(lái)諸多不便。如果修筑連拱隧道，雖然中隔墻只有2.0m 左右，但是這種結(jié)構(gòu)形式存在下列問(wèn)題：（1）對(duì)地質(zhì)條件要求苛刻、Ⅲ類以下圍巖很難修建；（2）施工難度高，建設(shè)周期長(zhǎng)；（3）造價(jià)是普通分離式雙洞隧道建設(shè)成本的兩倍以上；（4）由于該結(jié)構(gòu)形式和施工技術(shù)存在難以克服的困難，所以隧道建成后很難保證結(jié)構(gòu)不開(kāi)裂、不滲漏水。
兩相鄰隧道最小凈距（規(guī)范表2.6.3）
隧道兩端線形與線路線形一致的最小長(zhǎng)度（規(guī)范表2.7.2）
經(jīng)過(guò)多年隧道建設(shè)的實(shí)踐，建設(shè)、設(shè)計(jì)單位提出通過(guò)一定的工程措施,適當(dāng)加固兩并行隧道間的圍巖（中夾巖），把凈距縮小到4～8m，同時(shí)隧道自身建設(shè)成本又不明顯增加。這樣做可以使道路接近隧道時(shí)左、右分幅寬度小，道路線形好，占地少；同時(shí)與連拱隧道相比它的建設(shè)成本大幅度降低。這在某種意義上講是對(duì)現(xiàn)行公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行拓展，作為一種新型隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)用在公路建設(shè)上來(lái)。
2 理論分析及數(shù)值仿真
公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中要求的并行雙洞隧道最小凈距的原因是主要考慮將兩相鄰隧道應(yīng)分別置于圍巖壓力相互影響及施工影響范圍之外，或者說(shuō)其間巖柱具有足夠強(qiáng)度和穩(wěn)定性，這一點(diǎn)已被結(jié)構(gòu)分析結(jié)果所證實(shí)。我們針對(duì)上面提出的小凈距隧道問(wèn)題，應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析手段來(lái)探索在凈距只有4～8m 的情況下圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特性。結(jié)構(gòu)分析雖然不能完全評(píng)估圍巖的安全系數(shù)，但是可以對(duì)各部位圍巖的相對(duì)安全系數(shù)作出比較準(zhǔn)確的估計(jì)。
結(jié)構(gòu)分析所選用的軟件是2D-σ，圍巖的力學(xué)參數(shù)選取在沒(méi)有具體工程實(shí)例的情況下采用規(guī)范所列各類圍巖力學(xué)參數(shù)的中間值，這樣做的目的是為了探索普通情況下小凈距隧道的圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。經(jīng)分析得到下述結(jié)果：
（1）對(duì)于普通Ⅱ類圍巖段，如果不加支護(hù)在雙洞隧道上半斷面開(kāi)挖時(shí)，在中夾巖處出現(xiàn)一個(gè)蝶形塑性區(qū)（見(jiàn)圖1 中黃線內(nèi)區(qū)域），說(shuō)明對(duì)于Ⅱ類圍巖開(kāi)挖中如不采用合理的開(kāi)挖方法和預(yù)加固措施在隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖就失穩(wěn)。在圍巖進(jìn)行預(yù)加固的前提下，采用合理的開(kāi)挖方法，經(jīng)重新分析，可以看出Ⅱ類圍巖段中夾巖處的塑性區(qū)大為減�。ㄒ�(jiàn)圖2 中黃線內(nèi)區(qū)域），但是此時(shí)圍巖已經(jīng)過(guò)加固，支護(hù)結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)破壞，說(shuō)明對(duì)于Ⅱ類圍巖經(jīng)過(guò)合理的加固是可以保證圍巖穩(wěn)定和初期支護(hù)安全的。結(jié)構(gòu)分析中同時(shí)可以看到Ⅱ類深埋段中夾巖的受力要比Ⅱ類圍巖淺埋段的受力更為嚴(yán)峻。
（2）對(duì)于普通Ⅲ類圍巖段，結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果同Ⅱ類圍巖段有相似之處，只不過(guò)圍巖的塑性區(qū)比Ⅱ類圍巖有所減小（見(jiàn)圖3），說(shuō)明Ⅲ類圍巖段對(duì)中夾巖的預(yù)加固和采用合理的施工方法同樣是必須的。結(jié)構(gòu)分析中同時(shí)對(duì)Ⅲ類硬質(zhì)圍巖深埋段進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得出的結(jié)果表明深埋對(duì)中夾巖的影響不象Ⅱ類圍巖埋深時(shí)對(duì)中夾巖的影響那么大。
（3）對(duì)于普通Ⅳ類圍巖段，結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明在凈距只有4m 的情況下，采用全斷面施工基本上不出現(xiàn)塑性區(qū)，但中夾巖處圍巖的安全系數(shù)，一般只有1.5～3.0 之間，只相當(dāng)其它部位的1/2～1/3（見(jiàn)圖4）。說(shuō)明對(duì)于Ⅳ類圍巖中夾巖的安全只比臨界安全略高，如果施工中不注意對(duì)中夾巖的保護(hù)，不做好控制爆破和光面爆破同樣會(huì)出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象。
（4）對(duì)于普通Ⅴ類圍巖段，結(jié)構(gòu)分析表明隧道在雙洞全斷面同時(shí)開(kāi)挖時(shí)，中夾巖的安全系數(shù)一般大于3.0，如果考慮到施工爆破對(duì)中夾巖的松動(dòng)影響可適當(dāng)對(duì)其進(jìn)行加固。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果可以得出下列結(jié)論：（1）由于小凈距隧道中夾巖的厚度遠(yuǎn)小于普通分離式雙洞隧道的中夾巖厚度，隧道施工中該處二次應(yīng)力場(chǎng)在此疊加，出現(xiàn)應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)對(duì)該處進(jìn)行加固；（2）除中夾巖處以外的圍巖同時(shí)由于左、右洞二次應(yīng)力的疊加，它的受力也比同樣圍巖條件下普通分離式雙洞隧道更為嚴(yán)峻一些，是結(jié)構(gòu)需要加固的次重要部位。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)于Ⅱ、Ⅲ類圍巖，一般采用下列措施進(jìn)行加固：（1）預(yù)注漿，注漿范圍對(duì)于左洞應(yīng)從左拱腳到右側(cè)墻腳處，對(duì)于右洞應(yīng)從右拱腳到左側(cè)墻腳處；（2）中夾巖處初期支護(hù)的噴砼、鋼支撐設(shè)計(jì)參數(shù)略比普通雙洞隧道的參數(shù)略有加強(qiáng)；（3）中夾巖處深層圍巖加固主要采用貫穿兩洞的水平預(yù)應(yīng)力對(duì)拉錨桿，施作范圍建議從左洞右側(cè)拱腰到右側(cè)墻腳處，對(duì)應(yīng)于右洞應(yīng)從左側(cè)拱腰到左側(cè)墻腳處（見(jiàn)圖2、3 所示）。這里值得一提的是對(duì)中夾巖深層的加固不提倡多于二種的加固措施，例如有的對(duì)中夾巖的深層加固設(shè)計(jì)中使用小導(dǎo)管預(yù)注漿、系統(tǒng)錨桿和對(duì)拉錨桿。在修改設(shè)計(jì)中我們?nèi)∠讼到y(tǒng)錨桿，主要考慮到對(duì)圍巖的反復(fù)加固反而會(huì)削弱圍巖的整體強(qiáng)度。（4）對(duì)中夾巖以外的圍巖加固同普通雙洞隧道的相同部位，設(shè)計(jì)參數(shù)略有加強(qiáng)。
對(duì)于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，結(jié)構(gòu)分析表明中夾巖處一般不會(huì)出現(xiàn)塑性區(qū)，對(duì)中夾巖的加固在Ⅳ類圍巖條件下建議將系統(tǒng)錨桿加長(zhǎng)0.5～1.0m，其它部位的初期支護(hù)參數(shù)可參照同類圍巖條件下的普通分離式雙洞隧道設(shè)計(jì)參數(shù)，或略有加強(qiáng)。對(duì)于Ⅴ類圍巖建議在中夾巖處增設(shè)系統(tǒng)錨桿，其它設(shè)計(jì)參數(shù)參照同類圍巖條件下的普通分離式雙洞隧道設(shè)計(jì)參數(shù)。
4 施工方法
小凈距隧道從某種意義上講更能體現(xiàn)新奧法修筑隧道的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)圍巖的保護(hù)和加固充分發(fā)揮圍巖的自承能力，同時(shí)小凈距隧道是一種施工性很強(qiáng)的隧道結(jié)構(gòu)形式。為了保證結(jié)構(gòu)和施工安全，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，提出針對(duì)不同圍巖條件下的施工方法。
�。�1）對(duì)于Ⅱ、Ⅲ類圍巖，根據(jù)小凈距隧道受力特點(diǎn)，在正常情況下推薦采用正向單側(cè)壁導(dǎo)坑的開(kāi)坑方法，施工工序以左洞先開(kāi)挖制定，當(dāng)右洞先行時(shí)，則將左、右洞施作順序?qū)φ{(diào)即可，左、右洞開(kāi)挖工序橫斷面布置見(jiàn)圖5 所示，平面布置見(jiàn)圖6。這里值得強(qiáng)調(diào)的是：a）光面爆破和控制爆破是Ⅱ、Ⅲ類圍巖段修筑小凈距隧道成功的關(guān)鍵因素之一；b）對(duì)拉錨桿的施作一定強(qiáng)調(diào)及時(shí)性，正常情況下當(dāng)先行洞開(kāi)挖后應(yīng)立即施作；c）Ⅱ、Ⅲ類圍巖條件下杜絕左、右洞在同一樁號(hào)都是毛洞的現(xiàn)象。
（2）對(duì)于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，隧道開(kāi)挖為盡可能減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，不宜采用普通分離式雙洞隧道常采用的全斷面開(kāi)挖方法，經(jīng)比選我們推薦采用超前導(dǎo)坑預(yù)留光爆層的開(kāi)挖方法，該方法一方面具有良好的光爆效果，對(duì)圍巖擾動(dòng)小、開(kāi)挖的效率也比較高。左、右洞開(kāi)挖工序橫斷面布置見(jiàn)圖7 所示，平面布置見(jiàn)圖8 所示。
（3）關(guān)于小凈距隧道施工的監(jiān)控量測(cè)，對(duì)于Ⅱ、Ⅲ類圍巖除采用普通分離式雙洞隧道的必測(cè)和選測(cè)項(xiàng)目外，還建議采用針對(duì)中夾巖進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試的手段。例如圍巖松動(dòng)圈測(cè)試、圍巖內(nèi)部位移、后行洞爆破對(duì)先行洞二次襯砌的影響等。小凈距隧道的二次襯砌施作時(shí)間應(yīng)在左、右洞同樁號(hào)圍巖與初期支護(hù)的受力、變形都基本穩(wěn)定后才能進(jìn)行。
5 結(jié)論
�。�1）小凈距隧道修筑的成敗關(guān)鍵是如何保證中夾巖的穩(wěn)定，理論分析和工程實(shí)踐都表明：如果有效的減少對(duì)中夾巖的擾動(dòng)，采取合理的加固措施是可以保證其穩(wěn)定和支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。
（2）小凈距隧道的支護(hù)參數(shù)略強(qiáng)于傳統(tǒng)分離式雙洞隧道的設(shè)計(jì)參數(shù)，且施工相對(duì)連拱隧道要方便的多。
（3）小凈距隧道在Ⅱ、Ⅲ類圍巖條件下的凈距一般不要過(guò)小，分析表明凈距在3m 時(shí)，中夾巖的受力狀態(tài)要遠(yuǎn)比4m 凈距時(shí)嚴(yán)峻的多，相應(yīng)的圍巖加固很難處理，所以對(duì)凈距的選取建議不要走極端。
（4）從京福高速公路南平段隧道投資統(tǒng)計(jì)資料看(以雙洞每延米計(jì))，小凈距隧道平均造價(jià)是普通分離式雙洞隧道的1.52 倍，連拱隧道的造價(jià)是普通分離式雙洞隧道的2.91 倍，小凈距隧道建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性很明顯。
（5）目前小凈距隧道在Ⅱ、Ⅲ類圍巖條件下的施工開(kāi)挖建議采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，由于國(guó)內(nèi)施工單位習(xí)慣在Ⅱ、Ⅲ類圍巖條件下采用上、下導(dǎo)坑法或者是環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法，所以施工單位提出小凈距隧道施工能否采用上述兩種常用的開(kāi)挖方法，如果采用應(yīng)該采取什么樣的保證措施。類似的建議還有不少，這些需要在今后的研究中去解決。
