池卓航，何 城，王 丰，赖浩成，潘樱桃

（1、中国建筑第四工程局有限公司 广州510665；2、中建四局华南建设有限公司 广州510663）

0 引言

随着国民经济的高速发展，为了满足居民的出行要求，高速公路与城市市政道路中的隧道建设已经显著增多。其中，运用较为多的当属大断面小净距隧道的修建，其应用的经济价值和社会效益有着深远、广阔的前景。本文以贵阳市某环线道路的3座超大断面小净距隧道工程的设计和施工为依托，参阅了大量的文献资料并结合本工程隧道施工的实践，总结出以新奥法为主的施工方法，以便供山地为主的高速公路、市政道路等类似隧道施工参考。

1 概述

1.1 工程简况

贵阳市某环线道路工程，道路全长约13.2 km，拥有3 段隧道。1 号隧道全长295 m，施工环境比较复杂，进出口处民房密集，岩石地层出露，左侧民房大多数为20 世纪70 年代修建且房屋结构稳定性差，随山崖修建，洞顶上有大量民宅，号称贵阳的布达拉宫，如图1所示。

图1 1号隧道原始地貌Fig.1 Original Landform of Tunnel 1

2 号隧道全长470 m，隧道位于S 型曲线上，隧道设计纵坡2.5%，进口（南洞口）高程为1 130.058 m，出口（北洞口）高程为1 141.798 m，进出口高程差11.740 m，出口段地形较缓。

3 号隧道全长221 m，隧道位于S 型曲线上，隧道设计纵坡0.5%，进口掘进为一下坡洞，进出口段岩石十分破碎，几乎为全风化岩石。

1.2 地形地貌及地质构造

本工程1号隧道地质构造较复杂。隧道有一南北向断层，此断层受地层隆起形成，断面凌乱破碎，受向斜及断层构造影响，隧道构造部位及邻近地段岩层节理裂隙发育，岩体较为破碎，进口段为中厚层白云岩，岩体节理发育，岩芯呈碎块状，柱状，岩石自稳能力差，极不稳定，开挖后暴露时间长，易垮塌、掉块；洞身段为中厚层白云岩、灰岩，十分破碎，此种岩体直至出口，自稳时间短，开挖暴露短时间内即可发生崩解，尤以拱顶及边墙部位极易形成较大规模的坍塌破坏。

2号隧道处于溶蚀峰丛地貌区，以中低山为主，地貌单元为风化剥蚀缓坡丘陵及低山地貌，地形起伏较大；本隧道进出口段岩溶、泥腔较发育，孤石、溶腔、溶洞较多，为本隧道施工之难点。

3号隧道同样位于溶蚀峰丛地貌区，以中低山、丘陵为主，地貌单元为风化剥蚀缓坡中低山地貌，喀斯特地貌比较发育，大部分被第四系残坡积土或杂填土覆盖，少部分为裸露基岩，隧道地形起伏较大，隧道位于斜坡中，地势西高东低，高差29 m。

1.3 隧道设计概况

3 座隧道均为左、右线分离的双洞单向行车三车道隧道，隧道内轮廓采用三心圆形式，单洞净宽15.342 m，净高9.749 m；其中隧道行车宽度（2×3.75+3.5）m，路缘带宽度（2×0.5）m，单侧检修道宽0.75 m，单侧人行道宽1.5 m，路面至拱顶高7.874 m，限高5.0 m。

2 山岭隧道运用新奥法施工原理分析

新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，其应用岩体力学的理论，在维护周围岩体稳定性的同时利用本身的自稳能力为基点。综合考虑开挖隧道过程中，由于时空对周围岩体的挤压应力与过程变形产生的作用。而采用引发爆破的方法进行挖掘，从而降低对周围岩体的扰动性。这样再使周围岩体组合成为支护体系的一部分，接着用锚杆施工与喷射混凝土的方式使岩体紧密在一起，并作为隧道支护结构。从而达成控制周围岩体的变形程度与稳固程度的效果［1］。

隧道新奥法施工的主要特点是通过提前预警地质变化及采用多种测量方法，主要是保持动态监测隧道周围岩体以及支护机构的变形、稳定性，及时收集并反馈组合体的力学变化特征及其动态，为之后的二次支护提供合理的参考依据。通过提前预警地质变化以及多种测量方法反馈的信息，来指导后续工程的设计、施工。

为使周围岩体与前期的支护结构形成稳定的支承体系，须充分重视以下规则：

⑴充分考虑岩体力学的相关理论。

⑵在合适的时候修筑支护结构，保证在周围岩体中维持稳定良好的应力应变状态。

⑶对于软弱岩层来说，需要修筑完整闭合的支护结构用以确保周围岩体形成力学上稳定的中筒状支承环结构。

⑷随着现场进度实时测量监视周围岩体的状态，在允许变形量范围内修筑最经济最稳固的支护体系。

⑸在施工过程中对隧道进行结构监测，并根据现场的实际情况对施工和设计进行适宜性调整［2］。

传统的隧道施工方法是利用修筑厚层混凝土壁结构做隧道支护体系，以保障周围岩体的稳定性。而新奥法隧道施工则不同于此种施工方法，它是将岩体当作连续介质，且视为其自身支护结构的一部分。在弹性、塑性等力学原理指导下，开挖山体、岩石的隧道过程中，从周围岩体产生变形到岩体发生破坏有一段时间效应，适当合理地运用喷射的方式在周围岩体上修筑一层柔性薄壁混凝土联合锚杆的支护结构，来保护周围岩体并且运用它天然的承载力，使得周围岩体本身也变成支护结构的重要组成部分，进一步促进周围岩体与喷锚结构组成的支护体系，共同形成坚固的承载环——长期稳定的支护结构［3］。

因此，新奥法施工的要点可归纳如下：

⑴此施工方法一般宜采用光面爆破等开挖方式，同时采用大断面或较大断面开挖进洞方法，以达到降低对周围岩体扰动的效果。

⑵隧道开挖过程中，不同阶段均需要运用周围岩体的自承能力，充分发挥周围岩体自身的支护作用。

⑶根据周围岩体的特性，可选用适合当前岩体类型的支护形式与支护参数。及时喷射密贴于周围岩体的柔性混凝土及进行锚杆初期支护，以控制周围岩体的变形或垮塌［4］。

⑷在岩体较为脆弱松散的地段，应该采取措施使岩层断面及早闭合，以便有效地发挥周围支护体系的作用，保证隧道结构的稳定性。

⑸当周围岩体与最初修筑的喷射混凝土与锚索支护结构发生的变形基本稳定后，开始修筑二次衬砌，促使周围岩体与支护结构形成一个整体，以提高支护体系的安全度。

⑹施工过程中，保证隧道的沿线断面四周轮廓圆顺平滑，避免产生棱角、应力集中［5］。

施工过程中可采取超前预警以及支护动态监测的手段，并合理安排施工时间与工序，及时做好设计变更和日常的施工管理工作。

3 超大断面小净距隧道爆破方法选择

开挖方法与爆破方法密不可分，超大断面小净距隧道的施工选择正确的爆破开挖方法显得十分重要。减少爆破震动利用周围岩体自稳能力是2个平行洞安全施工的关键。具体归纳如下：

⑴较硬、稳定性好的岩石隧道可以采用台阶开挖，为了充分利用大断面机械化施工上台阶宜在80 m2以内，掏心炮眼一定要先起爆有一定临空面后再起爆压顶炮，若周围岩体较差周边眼可先预裂爆破产生周边裂纹后，阻隔掏心炮产生的爆破震动对另一隧道岩石稳定性的影响。下台阶的开挖宜先拉中槽，中槽宜在两边预裂爆破后采用毫秒雷管台阶微差爆破炸出中槽，中槽出渣后爆破开挖下边墙，左右下边墙必须错开进行，离相邻洞远的下边墙先施工，下边墙的开挖钢拱架接腿施工不宜太多，下边墙接腿钢拱架高度不宜超过3 m［6］。

⑵为了减少左右隧道爆破施工的相互影响，左右两隧道要错开不小于50 m 的距离施工［7］。仰拱底部宜采用先行预裂爆破使底部岩石整体性完好，也便于与仰拱混凝土形成统一的整体。

⑶大断面小净距隧道的施工中，遇到左右洞中夹岩，此时施工的质量是重中之重。隧道左右洞中夹岩部位开挖后最薄处不到2.9 m，设计采用砂浆锚杆左右错开对拉设计施工，通过施工实践应设计为小导管注浆为宜，小导管注浆即起到了拉结作用，又可以往中夹岩柱孔隙内注浆，可以固结岩石，从而提高整体稳定作用。而初期支护后面的岩石空洞是隧道坍塌的最大安全隐患，对于初期支护后面大的空洞一定要用浆砌片石砌好后注水泥砂浆，防止空洞上的孤石掉落砸坏拱架引起坍塌。

⑷单口掘进出洞施工注意要点：3座隧道由于不长，均采用单口掘进。出洞前要提前测量洞外地形地貌情况，清除洞顶及周围不稳定孤石，做好洞顶排水沟，封闭山体防止地表水进入，防止冻融破坏。快出洞前掌握好里程情况，提前在上导洞开个小洞出来后把风水管接出来，提前把洞外锚喷支护后反打管棚施作，在洞外确保稳定后然后慢慢扩大小洞并尽快把二衬钢筋混凝土施作完毕、尽快施工洞门稳定山体。左右隧道一定要错开较远距离，保证先出洞的二次砌筑施工完成后，再开始进行另一隧道的出洞施工。

4 隧道洞口明暗交界里程的选择和施工

隧道洞口设计进洞里程一般都考虑边仰坡的开挖锚喷支护，这种设计理念常常破坏洞口地带的天然植被、扰动洞口地带的天然岩石，违背了早进洞的施工原则，洞门施工完后回填土方很难上去，增大了工程成本。施工单位要根据洞口地形地貌、周围岩体条件灵活选择进洞里程，当然这种方法一定要在与设计院沟通、保证安全施工的前提下进行。

隧道洞口施工常规做法是先开挖支护进洞，暗洞施工一定二衬后回头施作明洞，这种施工方法一定要把套拱做好，套拱一定要落在坚硬的基岩上，若基岩岩石较差的一定要人为加强基础的稳定性，套拱一定要采用锚杆与整个山体岩石形成统一整体，套拱要考虑预留沉落量。以上几点如果设计未考虑施工单位必须考虑实施，这是暗洞安全施工的前提［7］。

5 超大断面小净距隧道施工开挖方法的选择

隧道周围岩体开挖方法、施工工艺在考虑断面大小的前提下，必须考虑周围岩体的稳定性，影响周围岩体稳定性的主要因素有：

⑴岩体的物理力学性质，其中岩石的坚硬程度是决定周围岩体稳定性的最重要因素；

⑵周围地质的构造、节理和层理结构面的发育程度，以上因素所构造的岩体结构和岩体发育的完整性对周围岩体的稳定性起到决定性的作用［8］；

⑶地下水的蕴含程度，是影响周围岩体稳定性的重要因素之一；

⑷周围岩体所承受的荷载；

⑸隧道的临边条件、开挖技术手段与施工工艺等［9］。

当前超大断面隧道的开挖方法一般采用的是CD法与CRD 法，1、2 号隧道开挖方法设计为CD 法，由于这2座隧道洞口段岩石较硬、地下水不丰富，为岩石裂隙水，根据新奥法基本理念：少扰动周围岩体、利用周围岩体自稳能力，在人为加强洞口岩石自稳能力的前提下，采用三台阶进洞方法并取得了成功。3 号隧道进口段岩体节理发育，岩层为可溶岩分布，埋层极浅，几乎为全风化，遇水自稳能力极差易垮塌，所以本项目3号隧道采用CRD法进行施工。

6 本项目3座隧道施工技术

1 号隧道进口地势较陡，岩层为自稳能力较好的白云岩，故选择为隧道施工的掘进口，在处理危石后挂网封闭，直接在天然岩石上施作套拱和30 m 长管棚，避免了刷边仰坡对天然植被的破坏，避免了爆破开挖边仰坡对天然岩石的扰动破坏，减少了明洞上的回填工作量，节省了工期，增加了效益。由于进口洞顶及两侧有大量民房，为了减少每次起爆的单位用药量，在上导坑的中下部位先掘进开挖1个30 m2左右的中导洞，出渣可以采用装载机退着出，每个循环必须把危石清除干净并初喷，在有一定距离后放压顶炮、周边炮后安设上导坑拱架、锚喷支护。

2 号隧道出口原始地貌为较缓的山坡，出口段路基须开挖20 m 才能达到设计路面标高，为一废弃场地，便于隧道施工临时设施的布置，故选择从出口往进口掘进［10］。由于贵州雨水较多，为了满足尽快进洞施工的原则，在进行临时设施施工的同时，需要加快速度施工开挖隧道洞口的边仰坡，并随时开挖随时做好锚喷支护工作，避开了在雨季洞外施工。由于洞口山体覆盖层薄，岩石稳定性差，为了不扰动周围岩体，充分利用周围岩体的自稳能力，刚进洞采用分部开挖，且掏心眼先起爆具有一定临空面后再起爆蹦落眼、周边眼，减少了爆轰波的叠加以及周围居民房屋的爆破震动。左洞先掘进开挖50 m 后进行右洞的开挖掘进。

3号隧道进口段岩体节理发育，岩芯呈碎块状，埋层极浅（最薄处只有3 m），可溶岩分布，遇水自稳能力极差易垮塌，为3个隧道中安全隐患、施工风险最大的地段，如图2所示。

设计采用护套拱、30 m 长管棚进洞方案，进洞开挖采用CRD法施工，按Ⅴ级周围岩体支护衬砌。施工单位按设计图纸采用潜孔钻施作长管棚并注浆，然后按图开挖掘进，右洞进入20 m后初期支护钢拱架变形侵入二衬，后在换拱架、浇中夹墙混凝土施工、加强竖向、横向支撑后才得以施工过去。

图2 3号隧道Fig.2 Tunnel 3

7 结语

以贵阳市某环线道路3座隧道的设计和施工为依托，结合本工程3座隧道施工的实践，对在贵州地区超大断面小净距隧道施工过程的施工流程、施工技术与安全控制等有了进一步的认识与提高，针对应采取的处理方法做了比对并选择出最适合此次工程的施工方法，总结出以新奥法为主的施工方法，为今后山区高速公路、市政道路等大断面小净距隧道施工提供参考，其技术与经验可供同类型工程借鉴。