杨霁洲

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

小净距隧道的合理施工工法与控制围岩振动的爆破参数分析
——以黄岭隧道、管乙隧道为例

杨霁洲

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

随着我国隧道建设技术的先进化，小间距隧道以其特有的接线方便等诸多优点，在我国得到越来越广泛的运用。本文主要分为三个部分，第一部分是对黄岭隧道、管乙隧道小净距隧道的简要概述；第二部分主要是分析小净距隧道的合理施工工法；第三部分主要是对小净距隧道的控制围岩振动的爆破参数分析。

小净距隧道；合理施工；围岩振动；爆破参数

纵观我国地形可知，山地与丘陵在我国版土中所占比重超过70%。在山地和丘陵地区的交通基础设施建设中，小净距隧道更加符合行车的需要，达到克服高差、缩短里程、改善线性指标以及保护生态环境等方面的要求。故而在我国大力发展小净距隧道，推进经济的快速发展可行，可观。

一、黄岭隧道、管乙隧道情况分析

(一)黄岭隧道、管乙隧道简介

黄岭一号隧道全长2 959m，黄岭二号隧道全长2 963m，其中IV级、V级软弱围岩段均占全隧长的85%以上；管乙一号隧道全长2 749m，管乙二号隧道全长2 742m。其中IV级、V级软弱围岩段均占全隧长的75%左右；各隧道软弱围岩比例高，施工难度大。我国黄岭隧道、管乙隧道公里数长，受到环境、气候等的影响，施工难度大，在较短的时间内需完成的工程量大，属于重点研究、规划与控制性工程。

(二)黄岭隧道、管乙隧道特征

1.已竣工的黄岭隧道、管乙隧道隧区属低山丘陵，冲沟与山脊相间分布地貌，地表冲沟发育，冲沟深切，局部地下水位浅，钻孔揭示地下水涌出地面。2.各隧道软弱围岩比例高，施工难度大。IV级、V级软弱围岩段占全隧长的75%以上。 3.黄岭隧道、管乙隧道因自身断面大、稳定性极差的特征，使得其在整个施工中各个环节的操作都有较强的难度，黄岭隧道、管乙隧道的施工开挖断面总面积达到146.05m2。4.并行两隧道横向间距小，隧道净距为25.62m。施工过程对震动围岩的稳定性影响较大。

二、小净距隧道的合理施工工法

因小间距分离式隧道在整个施工工序中受多种因素的干扰，而隧道在整个施工中的施工环节、施工工法与隧道受力情况之间关系紧密，二者相互作用，相互影响。应用动态施工过程力学原理和数值模拟的方法模拟隧道不同的开挖施工顺序对围岩稳定性的影响，研究在不同开挖顺序、支护参数时，围岩的变形、应力状态、塑性区分布以及岩柱可能出现的破坏模式，提出隧道合理的施工工法和围岩支护参数，以达到减少相互干扰和最大限度的保持围岩稳定性的目的。

(一)现场监测

隧道施工工程量大，施工中涉及到的内容信息量多，部分地区地质情况复杂，为确保隧道的长期安全运行，必须对隧道的围岩和结构的变形、受力特征进行必要的监测、分析工作，并修正原有的设计。例如，黄岭隧道、管乙隧道断面大，埋深浅，在检测的过程中，就应选择50m实验段，布置5个监测断面。主要开展隧道周边收敛位移监测，顶拱下沉监测，地表沉降变形现象严重，对围岩展开位移监测，压力与内应力监测，小净距隧道动工前后的声波监测，小净距隧道全面监测会用到的仪器设备主要包括：应力技、电测锚杆、水平仪等。

收敛量测测线布置如图1，共6根测线位移收敛值。多点位移计监测布置如图2，每个多点位移计长12米，布置5个测点。

图1 隧洞收敛量测示意图 图2 多点位移计监测布置

(二)做好隧道和结构位移监测工作

1.隧道表面收敛量测

每个断面布置5个测点，共测量6条测线的位移值，测点布置和测线见图3。多点位移计监测每个监测断面埋设6个美国基康公司产多点位移计，埋设方式如图4， 共设计9个监测断面，分别布置在连拱部位的钢筋混凝土置换部位、素混凝土置换部位以及岩柱部位。采用美国基康公司产专用读数仪读数。精确测量位移值等是为有效施工奠定基础，并弄清楚围岩本身的径向位移与围岩的松弛情况，以准确掌握锚杆参数的实际情况。

2.围岩与混凝土之间用压力盒进行压力测量

压力盒监测仅布置在前9个断面。压力测试采用美国基康公司产专用读数仪。

3.隧道顶拱下沉测量

隧道顶拱下沉测点布置如图3中第1点，用水准仪进行监测。

4.围岩声波监测

在所选的9个断面处进行一次隧道两侧、顶拱声波速度监测，采用武汉岩海公司产声波测试传感器和声波仪进行监测。声波测试的示意图见图3。

图3 声波测试示意图

5.衬砌结构应力和锚杆应力测试

在每个监测断面隧道衬砌结构内布置8个应力计，布置位置如图1中2，3，4，5点，每根锚杆上布置4个应力计，每个断面上监测6根锚杆,锚杆应力测量布置9个断面。

(三) 现场试验

1.通过现场岩体力学试验，研究八字岭隧道层状岩体的力学特性、层理面的抗剪强度以及裂隙的力学特性(断裂韧性)，共布置6个钻孔，应用钻孔弹模计每孔开展20个试验。

2.采取现场岩块，开展抗剪强度试验，共开展10组试样的试验。

3.研究裂隙面的断裂韧性和抗剪强度特性，共开展20组试样的试验。

三、小净距隧道的控制围岩振动的爆破参数分析

(一)分析不同施工顺序对隧道和衬砌结构稳定性的影响

根据设计经验和工程类比，针对几种可行的施工顺序用弹塑性断裂损伤分析方法进行三维分析，至少考虑5种可能的开挖顺序。研究不同开挖方案时，围岩的破损以及衬砌结构的受力和变形特征，提出工程切实可行的开挖方案，并对较优的施工工法再进行精细计算分析，并对其围岩和衬砌进行稳定状况评价。拟对5种可能的开挖方案进行数值模拟。

(二)隧道围岩与衬砌共同作用及围岩支护参数及优化分析

根据选定的施工工法，研究合理的加固方案，参照国内外在矿山、铁路隧道小间距隧道的设计规范和工程经验，应用三维非线性弹塑性断裂损伤有限元等程序，分析、评估小间距隧道围岩与衬砌结构之间的受力情况以及稳定性，并详细深入评估岩柱的厚度，与岩柱厚度对围岩应力、支护受力的影响。

根据黄岭隧道、管乙隧道的工程地质特征，建立4个三维计算的模型(四种不同的岩柱厚度)，开展36个三维计算(三种支护参数，岩体的力学参数考虑高、中、低三种情况)。

(三)围岩爆破振动影响分析

研究隧道小间距隧道光面爆破的装药量及炮孔布置方法、起爆顺序等对中间岩柱稳定性的影响。在小间距隧道施工中采用数值模拟隧道分布开挖技术并结合围岩振动情况与爆破情况以及围岩爆破时的振速控制指标与速度历时曲线，来制定出正确、科学的爆破顺序，并计算出精确的装药量。

研究Ⅲ、Ⅳ类围岩在不同岩柱宽度时(岩体的力学参数考虑高、中、低三种情况)，不同装药量(3种)及隧道开挖顺序时的围岩动力相应特征。

(四)隧道围岩应力、位移监测结果的反演分析

根据现场分阶段的监测结果(围岩位移、应力、锚杆轴力等)，开展对监测结果的数值反演分析，提出适合黄岭隧道、管乙隧道工程地质条件的合理的围岩力学参数，指导下一步的工程设计、施工。

四、小净距隧道的发展前景分析

小净距隧道无论从哪方面来讲都更贴近新奥法修筑隧道的风格特点和要求，小净距隧道因具有能加固围岩的特性，能提高自身的力度承受情况。此外，小净距隧道在施工中对工序与参数的要求都较高，故而该隧道在施工过程的安全性要求也较高，施工中还应依照根据参数与周围环境的实际情况制定符合要求的施工方案。

我国属于多山国家，城市与城市之间联系紧密，小净距隧道的受力强、更安全等受到建筑施工行业的欢迎。小净距隧道在受力施工方面，一般都采用单侧壁导坑的开坑模式，此种开坑模式就决定了施工方案的顺序为从左洞先开挖；倘若需从右洞先开挖，则只需将左、右洞的动工顺序对调即可。此时需注意以下几点：首先，小隧道施工时的光面爆破与控制爆破均属于Ⅲ类、Ⅱ类围岩段小净距隧道成功的直接条件；其次，施工过程中对拉拉锚杆的施作最讲究的就是时效性。一般情况下，在先行洞开挖后需立即动工操作；最后：Ⅲ类、Ⅱ类类围岩下，绝不允许左右洞均为毛洞的情况发生。

针对小净距隧道，其优势主要表现在以下几方面：

(一)针对小净距隧道IV、V类隧道，隧道开挖过程中还需尽量不影响周围围岩。最好不要利用普通分离式双洞隧道在施工中宜采用的全断面开挖法，小净距隧道在施工中的最佳开挖法还应根据自身特点采用超前导坑预留光爆层开挖方式，该开挖方法因其特有的光爆性，能减弱对围岩的惊扰，作用强、效果好。

(二)小净距隧道与分离式双洞隧道相比，具有支护参数高，施工工法操作简单、方便、安全的特性，成本低，市场前景相当可观。

(三)影响小净距隧道施工质量的好坏的直接因素为中央岩，中央岩越稳定，施工最终质量越好。历年来的竣工工程都表明，采用科学、安全、可行的措施来避免施工中对中央岩的扰动，能达到加固的效果，最终确保小净距隧道更加稳定，为人们出行提供更多安全保障。

小净距隧道为人们旅游和出行提供了方便，对加强中心城市与周边城市之间的联系，缩短城市间的时空距离，推动区域经济技术联合与协作，促进经济社会发展具有重要意义。故而在施工行业中的发展前景可观。

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2014-11-20

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