随着高等级公路建设的迅猛发展，山区高速公路选线时上、下行隧道往往受地形限制，使得两相邻隧道的最小净距不能满足设计规范的要求。
在此情况下,福建省近年来较流行的隧道结构形式为单线双洞连拱隧道。由于连拱隧道的工程造价、施工难度、施工周期均比双线双洞隧道大得多,为此,在工程实践中衍生出一种新的结构形式——小净距隧道。小净距隧道双洞的中夹岩柱宽度介于连拱隧道和双线隧道之间,一般小于1. 5 倍隧道开挖断面的宽度。
开挖及施工顺序
隧道开挖要根据围岩情况、施工能力、施工机具配置、工序转换等多方面因素加以考虑,保障施工的安全,保障施工进度。对于小净距隧道来说,由于双洞之间的相互影响,两隧道工作面必须要错开一段距离,才能尽量减少相互之间的扰动影响。先行洞根据围岩情况一般超前1—2倍洞径。
其断面的开挖方式,需要根据围岩的实际情况具体选用最安全、经济的方法。对于岩性较差的Ⅵ、Ⅴ级围岩一般采用单或双侧壁导坑法,开挖前应进行围岩超前预加固和地表加固;对于Ⅳ级围岩推荐采用上下台阶与正、反向单侧壁导洞组合的开挖方法,先行洞采用工序较为简单的上下台阶法,后行洞要首先加固中夹岩,利用侧壁临时支护,减少后行洞开挖对中夹岩的扰动;对于岩性较好的Ⅲ级以上围岩可采用超前导坑预留爆层法。
钻爆技术
小净距隧道钻爆施工质量直接关系到隧道施工的成败,钻爆作业应监测围岩爆破扰动深度、爆破震动对周边及中夹岩柱的破坏程度,对爆破震动加以控制,以利中夹岩柱的稳定。
小净距隧道由于中夹岩柱的宽度较小,后开挖隧道的爆破振动对先开挖隧道会产生较大影响,应将先开挖隧道衬砌处的振动速度控制在15cm/s以内,并以此作为后开挖隧道各段爆破药量的计算依据。
为避免震动波的叠加,必须采用微差控制爆破,各段起爆时间应根据震动测试确定,或按经验值200ms为宜。
对于Ⅳ级以下围岩地段的施工采用预裂爆破作业,对于Ⅲ级以上围岩地段的施工采用光面爆破作业。预裂爆破和光面爆破要根据围岩特征和工程类比经验或施工规范,合理地选择周边眼间距、周边眼的最小抵抗线及相对距离装药集中度等参数。周边眼沿设计开挖轮廓线布置,必须采用小直径药卷严格控制装药量,并使药量沿炮眼全长合理分布,采用毫秒雷管微差顺序起爆,使周边爆破时产生临空面。掏槽炮眼布置在开挖断面的中央稍靠下部,以使底部岩石破碎,减少飞石。辅助炮眼应交错均匀地布置在周边眼和掏槽眼之间,并垂直于开挖面,使得爆破的石蹅块体大小适合装蹅运输。
中夹岩加固
减少对岩柱的破坏,加固中间岩柱是小净距隧道建造成功的关键。在软弱围岩地段必须进行中夹岩柱的加固,对岩性较好的Ⅲ级以上围岩仅需对岩石破碎带部位进行加固。加固方法主要包括对岩柱的注浆加固及水平拉杆加固措施。
中夹岩柱注浆
为防止洞口刷坡时坍塌,两隧道之间的中夹岩柱坡口处原地面土体应暂时保留,以支挡坡面。洞口临时防护完成后,挖除中夹岩柱坡口土体,立即沿隧道轴向对中夹岩柱正面打人小导管,注浆加固中夹岩柱坡面。当注浆达到强度后进行后行洞开挖,对开挖面及时喷射5—10cm厚的混凝土以封闭岩面,施作初期支护。向前掘进5m后对中夹岩柱改为水平斜向前方45°小导管注浆。
中夹岩柱预应力对拉锚杆
中夹岩柱对拉锚杆可采用Φ25的螺纹钢筋,先对钢筋进行预应力张拉。锚杆一端固定,另一端张拉,固定端和张拉端沿纵向间隔一排布置,在同一截面上间隔进行张拉,以避免产生局部压应力集中现象。
超前支护
由于小净距隧道两隧道间距小,施工难度大,在洞口浅埋地段及软弱围岩地段可采用超前长管棚注浆、超前小导管注浆及超前锚杆等超前支护措施,可有效保证洞口安全及软弱段的顺利通过。
长管棚注浆
管棚是将钢管安插在已钻好的孔中,沿隧道开挖轮廓外排列成钢管棚,管内注浆,并与型钢钢架组合成预支护系统。其特点是循环进尺长,刚度大,适用较松散的不稳定地层。其作用机理是,将工作面前方开挖应力释放能量传至稳定体中,以达到控制开挖沉降的目的,并能提高支护和围岩的承载能力。其刚度大,可穿透工作面滑动土体破裂面,将管棚承受的部分地层荷载有效的传递到封闭的初期支护或衬砌结构上,起到了纵向梁的超前支护作用。超前管棚的长度要根据地质情况加以确定,当需要搭接时应保证大于3m的搭接长度。较为普遍采用的是Φ108mm的无缝钢管。
小导管注浆
小导管注浆支护是沿着隧道纵向在拱上部或横向拱脚处在轮廓开挖线外一定范围内密排的注浆管,在打入的过程中要倾斜一定的角度(拱部向上倾斜5—20°,边墙向下10—20°),水平搭接大于1m。其作用机理是:通过带孔眼的导管将各种不同的浆液注入,渗透至地层的有效范围内,以达到改变地层参数,提高地层自身承载能力的目的,同时小导管也同管棚一样起到了纵向梁的超前支护作用,但其刚度相对要小。
超前锚杆
超前锚杆一般适用于浅埋段的松散破碎地层,其布置形式类似于超前小导管注浆,分为拱部超前锚杆和边墙超前锚杆。拱部超前锚杆用以支托拱上部临空的围岩,起插板作用。边墙超前锚杆将起拱线附近岩体所承受的较大拱部荷载传递至深部围岩,从而提高围岩稳定性。
监控测量
为了及时掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态,施工过程中必须进行现场监控量测,提供有关隧道施工的全面、系统信息资料,以便及时调整支护参数,确保洞室周边岩体的稳定以及支护结构的安全。在小净距隧道施工中进行的项目有:工程地质及现状观测;周边收敛位移量测;拱顶下沉量测;地表下沉量测;钢支撑、锚杆应力及喷层表面应力量测;二次衬砌内应力、表面应力及裂缝观测。对量测数据要进行及时的分析处理,以判断围岩和支护系统的稳定性,掌握其变化规律,确定二次衬砌和仰拱的施作时间。