1、小凈距隧道的結構受力特點及工程措施摘要：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構形式，工程應用中它有以下優點：（1）其造價和施工工藝同普通分離式雙洞隧道相比差別很小；（2）同連拱隧道相比它的造價要低得多，同時施工工藝也簡單；（3）有利于公路整體線型規劃和線型優化。基于上述因素，該結構形式在中、短隧道設計中被廣泛采用。但由于小凈距隧道的中夾巖的厚度遠比普通雙洞隧道要小（一般只有5m8m），所以小凈距隧道的圍巖穩定與支護結構受力要比普通分離式隧道要復雜，同連拱隧道相比它有其自身的特點。為了保證該結構形式成功地應用于公路建設中，需要采取一定工程措施以保證圍巖穩定與支護結構的安全。關鍵詞

2、：小凈距隧道結構分析中夾巖加固1 前言隨著我國高等級公路建設的發展，隧道的修筑技術越來越受到建設單位、設計單位的重視，目前在山區高等級公路建設中遇到大量的中、短隧道建設問題，它的長度一般在500m 以下，有時甚至只有100 多米。以往在設計中如果遇到短隧道時一般要同高邊坡方案進行比選，可近些年來公路建設中強調環境保護，再加上修筑高邊坡本身也存在投資不見得節約，在運營中維護工作量大等問題，所以目前設計中盡可能減少高邊坡工程。如果選用普通分離式雙洞隧道，按照公路隧道設計規范jtj 029-90 第2.6.3 條對并行公路隧道的凈距作出的規定：高速公路、一級公路、一般應設計為上、下行分離的獨立隧道。

3、兩相鄰隧道最小凈距視圍巖類別、斷面尺寸、施工方法、爆破震動影響等因素確定，一般情況可按2.6.3 表的規定選用。由于凈距的存在，使道路與隧道接線時應有一個三角形過渡區。以三類圍巖隧道為例，凈距要求是2.53.0 倍毛洞洞徑，一般雙車道隧道毛洞開挖約12.5m 左右，凈距應在31m38m；另外公路隧道設計規范第2.7.2 條規定：隧道兩端平面線形與路線線形一致的最小長度如表2.7.2，這就意味在道路接近隧道時左、右同幅分開。如果把隧道兩端平面線形與道路線形相一致的最小長度，兩端平面線形與道路線形相一致的長度和上述過渡段的長度相加一般在200m 以上。對于大于1000m 的長、特長隧道來講可能建設

4、單位并不介意，如果隧道比較短（小于300m），規劃設計中出現短隧道群，線路展不開，土地使用量高，建設單位不得不考慮這部分的土地使用費。另外線路中出現大量的短隧道群將給線路的規劃帶來諸多不便。如果修筑連拱隧道，雖然中隔墻只有2.0m 左右，但是這種結構形式存在下列問題：（1）對地質條件要求苛刻、類以下圍巖很難修建；（2）施工難度高，建設周期長；（3）造價是普通分離式雙洞隧道建設成本的兩倍以上；（4）由于該結構形式和施工技術存在難以克服的困難，所以隧道建成后很難保證結構不開裂、不滲漏水。兩相鄰隧道最小凈距（規范表2.6.3） 表1隧道兩端線形與線路線形一致的最小長度（規范表2.7.2）表2經過多年

5、隧道建設的實踐，建設、設計單位提出通過一定的工程措施,適當加固兩并行隧道間的圍巖（中夾巖），把凈距縮小到48m，同時隧道自身建設成本又不明顯增加。這樣做可以使道路接近隧道時左、右分幅寬度小，道路線形好，占地少；同時與連拱隧道相比它的建設成本大幅度降低。這在某種意義上講是對現行公路隧道設計規范進行拓展，作為一種新型隧道結構應用在公路建設上來。 2 理論分析及數值仿真公路隧道設計規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分別置于圍巖壓力相互影響及施工影響范圍之外，或者說其間巖柱具有足夠強度和穩定性，這一點已被結構分析結果所證實。我們針對上面提出的小凈距隧道問題，應用結構分析手段

6、來探索在凈距只有48m 的情況下圍巖與支護結構的受力特性。結構分析雖然不能完全評估圍巖的安全系數，但是可以對各部位圍巖的相對安全系數作出比較準確的估計。 結構分析所選用的軟件是2d-，圍巖的力學參數選取在沒有具體工程實例的情況下采用規范所列各類圍巖力學參數的中間值，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結構的力學特性。經分析得到下述結果：（1）對于普通類圍巖段，如果不加支護在雙洞隧道上半斷面開挖時，在中夾巖處出現一個蝶形塑性區（見圖1 中黃線內區域），說明對于類圍巖開挖中如不采用合理的開挖方法和預加固措施在隧道開挖過程中圍巖就失穩。在圍巖進行預加固的前提下，采用合理的開挖方法，

7、經重新分析，可以看出類圍巖段中夾巖處的塑性區大為減小（見圖2 中黃線內區域），但是此時圍巖已經過加固，支護結構未出現破壞，說明對于類圍巖經過合理的加固是可以保證圍巖穩定和初期支護安全的。結構分析中同時可以看到類深埋段中夾巖的受力要比類圍巖淺埋段的受力更為嚴峻。圖1：類圍巖上半斷面開挖后圍巖的安全圖2：類圍巖經預加固圍巖的安全系數系數（黃線處為1.0，藍線處為0.8） （黃線處為1.0，藍線處為0.8）（2）對于普通類圍巖段，結構分析的結果同類圍巖段有相似之處，只不過圍巖的塑性區比類圍巖有所減小（見圖3），說明類圍巖段對中夾巖的預加固和采用合理的施工方法同樣是必須的。結構分析中同時對類硬質圍巖深

8、埋段進行結構分析，得出的結果表明深埋對中夾巖的影響不象類圍巖埋深時對中夾巖的影響那么大。（3）對于普通類圍巖段，結構分析結果表明在凈距只有4m 的情況下，采用全斷面施工基本上不出現塑性區，但中夾巖處圍巖的安全系數，一般只有1.53.0 之間，只相當其它部位的1/21/3（見圖4）。說明對于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中夾巖的保護，不做好控制爆破和光面爆破同樣會出現圍巖失穩現象。圖3：類圍巖經預加固圍巖的安全系數 圖4：類圍巖時隧道圍巖的安全系數（黃線處安全系數為1.0）（4）對于普通類圍巖段，結構分析表明隧道在雙洞全斷面同時開挖時，中夾巖的安全系數一般大于3.0，如果

9、考慮到施工爆破對中夾巖的松動影響可適當對其進行加固。3 結構設計根據結構分析結果可以得出下列結論：（1）由于小凈距隧道中夾巖的厚度遠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力場在此疊加，出現應力集中，設計中應重點對該處進行加固；（2）除中夾巖處以外的圍巖同時由于左、右洞二次應力的疊加，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峻一些，是結構需要加固的次重要部位。 結構設計中對于、類圍巖，一般采用下列措施進行加固：（1）預注漿，注漿范圍對于左洞應從左拱腳到右側墻腳處，對于右洞應從右拱腳到左側墻腳處；（2）中夾巖處初期支護的噴砼、鋼支撐設計參數略比普通雙洞隧道的參數略有加強

10、；（3）中夾巖處深層圍巖加固主要采用貫穿兩洞的水平預應力對拉錨桿，施作范圍建議從左洞右側拱腰到右側墻腳處，對應于右洞應從左側拱腰到左側墻腳處（見圖2、3 所示）。這里值得一提的是對中夾巖深層的加固不提倡多于二種的加固措施，例如有的對中夾巖的深層加固設計中使用小導管預注漿、系統錨桿和對拉錨桿。在修改設計中我們取消了系統錨桿，主要考慮到對圍巖的反復加固反而會削弱圍巖的整體強度。（4）對中夾巖以外的圍巖加固同普通雙洞隧道的相同部位，設計參數略有加強。對于、類圍巖，結構分析表明中夾巖處一般不會出現塑性區，對中夾巖的加固在類圍巖條件下建議將系統錨桿加長0.51.0m，其它部位的初期支護參數可參照同類圍巖

11、條件下的普通分離式雙洞隧道設計參數，或略有加強。對于類圍巖建議在中夾巖處增設系統錨桿，其它設計參數參照同類圍巖條件下的普通分離式雙洞隧道設計參數。 4 施工方法小凈距隧道從某種意義上講更能體現新奧法修筑隧道的特點，通過對圍巖的保護和加固充分發揮圍巖的自承能力，同時小凈距隧道是一種施工性很強的隧道結構形式。為了保證結構和施工安全，結合結構分析結果，提出針對不同圍巖條件下的施工方法。（1）對于、類圍巖，根據小凈距隧道受力特點，在正常情況下推薦采用正向單側壁導坑的開坑方法，施工工序以左洞先開挖制定，當右洞先行時，則將左、右洞施作順序對調即可，左、右洞開挖工序橫斷面布置見圖5 所示，平面布置見圖6。這

12、里值得強調的是：a）光面爆破和控制爆破是、類圍巖段修筑小凈距隧道成功的關鍵因素之一；b）對拉錨桿的施作一定強調及時性，正常情況下當先行洞開挖后應立即施作；c）、類圍巖條件下杜絕左、右洞在同一樁號都是毛洞的現象。 圖5：單側壁導坑開挖工序橫斷面布置圖圖6：單側壁導坑開挖工序平面布置示意圖（2）對于、類圍巖，隧道開挖為盡可能減小對圍巖的擾動，不宜采用普通分離式雙洞隧道常采用的全斷面開挖方法，經比選我們推薦采用超前導坑預留光爆層的開挖方法，該方法一方面具有良好的光爆效果，對圍巖擾動小、開挖的效率也比較高。左、右洞開挖工序橫斷面布置見圖7 所示，平面布置見圖8 所示。圖7：超前導坑開挖工序橫斷面布置科

13、 圖8：超前導坑開挖工序平面布置示意圖 （3）關于小凈距隧道施工的監控量測，對于、類圍巖除采用普通分離式雙洞隧道的必測和選測項目外，還建議采用針對中夾巖進行力學性能測試的手段。例如圍巖松動圈測試、圍巖內部位移、后行洞爆破對先行洞二次襯砌的影響等。小凈距隧道的二次襯砌施作時間應在左、右洞同樁號圍巖與初期支護的受力、變形都基本穩定后才能進行。 5 結論（1）小凈距隧道修筑的成敗關鍵是如何保證中夾巖的穩定，理論分析和工程實踐都表明：如果有效的減少對中夾巖的擾動，采取合理的加固措施是可以保證其穩定和支護結構的安全。（2）小凈距隧道的支護參數略強于傳統分離式雙洞隧道的設計參數，且施工相對連拱隧道要方便的多。（3）小凈距隧道在、類圍巖條件下的凈距一般不要過小，分析表明凈距在3m 時，中夾巖的受力狀態要遠比4m 凈距時嚴峻的多，相應的圍巖加固很難處理，所以對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計資料看(以雙洞每延米計)，小凈距