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摘要：近几年我国大兴修建公路，在工路修建过程中避免不了要在各种土质上进行施工，所以就需要制定合理的施工方案，运用恰当的施工技术，才能确保工程的顺利完成。隧道工程作为公路中至关重要的部分，其施工技术的要求也非常高，本文就公路隧道中的小净距隧道的施工方案进行分析，着重对其开挖技术以及中夹岩加固技术进行探讨，以供参考。
关键词：公路小净距隧道；开挖技术；中夹岩加固；技术研究
中图分类号：U273文献标识码： A
引言
小净距隧道是继分离式隧道、连拱隧道之后出现的一种特殊隧道结构形式。由于它不受地形条件以及总体线路线形的限制，且施工工艺简单、易于防水处治、造价便于控制。目前，在公路、铁路、城市地铁工程中都广泛采用了小净距隧道形式。
一、工程概况
某公路隧道为双线分离式隧道，左线长800m，右线长800m 位于我国西北部地区，该地区地貌复杂。在修建公路中经常需要修建隧道，施工起来难度大。主要影响施工的不良地质有膨胀、滑坡等。隧道洞口的稳定性差，容易形成塌方。
二、隧道施工数值模拟
（一）、模型建立
本工程为非等大断面盾构法与新奥法小净距地铁隧道，其难度和复杂性均很大，为贴近实际工况、选择并优化合理的施工方案，建立了动态数值模拟分析程序。
采用二维平面应变模型，认为土体符合Drucker-Prager 强度准则和等向硬化弹塑性本构模型。土体采用四边形单元进行网格划分，超前注浆小导管加固效果体现为提高围岩稳定性的四边形单元模拟，初期支护和钢格栅用杆单元模拟，二次衬砌采用梁单元模拟，初期支护与二次衬砌之间的防水板采用接触面单元模拟，盾构管片采用梁单元模拟。为了保证计算精度，在隧道周围采用细密单元，施工方案的有限元模型如图1 所示。
图1 有限元模型网格划分
模型计算范围为横向取4 倍洞径、竖向取3 倍洞径，模型边界条件对于左右两侧给定X 方向位移约束和底面Y 方向位移约束。根据工程建设条件，初期支护与二次衬砌的荷载分担比例为4∶ 6，土体及支护结构的计算参数见表1。
表1 土体及支护结构参数表
（二）、施工方案模拟
区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的工程功能需要，考虑左线小断面隧道为盾构法、右线大断面隧道为新奥法相结合施工。其中，右线大断面新奥法隧道开挖高9. 31 m、宽11. 24 m，C25衬砌厚0. 35 m、HPB335 钢格栅厚0. 25 m。在浅埋地铁隧道开挖施工中，施作于隧道拱部的超前注浆小导管可以改善围岩状况，保证掌子面稳定，对增加隧道的稳定性极为重要。注浆小导管的直径为42mm、壁厚为3. 5 mm、长2. 5 m、插入角度15°、环向间距0. 3 m、纵向间距1. 0 m，压注材料为水泥－ 水玻璃双液浆，注浆压强为0. 6 ～ 3. 5 MPa。左线小断面盾构法隧道开挖直径为6. 0 m，C50 混凝土管片厚为0. 3m，抗渗等级为S10，圆环管片衬砌断面见图2。
图2 盾构法隧道管片断面图
三、开挖方法的确定
（一）、开挖方法
1、全断面开挖法
全断面开挖法就是按设计断面一次开挖成型，然后进行喷锚支护和二次衬砌的施工方法，主要适用于整体性好的围岩。其主要优缺点为:1) 全断面开挖有较大的工作空间，适合于大型配套机械化施工，施工隧道较快，且因单工作面作业，便于施工组织和管理。2) 全断面开挖由于开挖面大，围岩相对稳定性降低，并且每次循环工作量相对较大，因此要求具有较强的开挖、出渣能力和相应的支护能力。
2、台阶开挖法
台阶开挖法是指正台阶二步开挖法，它是全断面一次开挖法的改进方法，一般是将设计断面分上、下断面两次开挖成型。其多适用于围岩能在短期内处于稳定的隧道开挖。主要优缺点为:1) 台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速度，但上下部作业有干扰。2) 台阶开挖法虽然增加了对围岩的扰动次数，但上下两次的台阶施工有利于围岩的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就比较安全。3) 长台阶法上、下部能进行平行作业，开挖面小，有利于岩体稳定; 短台阶及超短台阶法两层工作面距离近，施工时相互干扰大，不能进行平行作业，施工速度慢。
3、侧壁导坑法
这种方法包括单侧壁导坑法和双侧壁导坑法，主要适用于围岩很差、地质情况复杂、断面跨度较大的隧道开挖。其主要的优缺点为:1) 侧壁导坑法减小了每个坑道的跨度，从而显著地提高了坑道围岩的相对稳定性。但是此法作业面较多，各工序相互干扰较大，且增加了对围岩的扰动次数，不利于围岩的稳定。2) 导坑超前开挖，有利于提前探明地质情况，并予以及时处理。但若采用的导坑断面过小，则造成施工速度较慢，施工成本高。
（二）、有限元分析结果
以全断面法、台阶法、侧壁导坑法这三种方法为研究对象，采取数值模拟的方法，具体分析Ⅲ类围岩的小净距隧道在不同净距时应采取的最佳施工方法，本次分析对先行洞拱顶的竖向位移、围岩应力进行分析。
本次模拟主要考虑Ⅲ围岩组成的地层，并类比其他工程实例，采用的物理力学参数如表2所示。
表2围岩及支护的物理力学参数
隧道围岩应力集中部位主要出现在拱顶及仰拱部位。其中，仰拱部位应力集中较为明显;随着净距增大，应力集中范围也随之减小; 而在同一净距下，三种开挖方法的范围大致相同。在拱顶部位，净距为6m 时，隧道拱顶上方45°处出现较大的拉应力区，先行洞的右半拱部与右洞的左半拱部的应力区出现了连通，也就是比较危险的部位，在施工中应对其重点监测，及时做好支护。从图3中可以得出，隧道开挖对隧道洞壁两侧的压应力值影响比较大，而对拱顶部位的压应力较小。后洞开挖对先行洞的影响最明显的是紧靠右洞一侧。净距较小时，距后开挖洞最近的迎爆侧的压应力较大，后开挖洞对此处造成的影响最大，随着净距的增大，自重作用引起的压应力越明显，应力值最大值出现在拱脚处。
图3应力云图
四、中夹岩加固施工技术
（一）、安装预应力锚杆
采用风钻钻孔并彻底清孔，在锚杆内锚杆体的端部戴上锚头，将戴好锚头的锚杆装入锚孔，通过锚头将其固定在锚孔内。再用止浆塞装进锚杆，然后采用配置合格的浆液进行注浆。
（二）、施加预应力
注浆结束24h 后，即可施加预应力，安装预应力专用垫板和锚具，采用专用工具拧紧锚具上的螺帽达到设计所需的预应力即可。目前施加预应力的主要方法有后张法和二次张拉法两种。
后张法预应力锚杆由锚头和锚固段两部分组成，锚头长0.5m 左右，全长带丝；锚固段长度取决于中岩柱的厚度，下部锚杆位于起拱线向上0.5m 处，锚杆上下间距1.0m。在后行洞上半断面开挖支护后，用钻机钻穿中岩柱，由先行洞侧送入锚杆，在后行洞侧将锚杆锚固端的锚垫板与锚杆杆体焊接，并施作喷射混凝土封闭孔口；从后行洞端（张拉端）用注浆机向孔内注浆（注浆材料一般采用1:1.2 灰砂比的水灰比为0.40 的水泥砂浆，当孔口溢出浆液时停止注浆）。注浆结束后安装锚杆拉拔器即张拉至设计预应力，用扭矩扳手锁定螺母，施加预应力时先将中心带孔的150mm×150mm×150mm 的钢板套在先行洞侧的孔口锚杆的杆体根部，带上螺帽，然后将锚杆拉拔器油顶套在锚头上，锚头端部加鋼板、螺帽，固定油顶后开始加预应力至设计值后，持荷5min，然后将锚头根部的钢板螺帽用扭矩扳手上紧（扳手力矩不小于100N·m）。最后拆卸钢板、拉拔器，用砂轮锯片割除多余锚头杆体，完成锚杆施工。
（三）、中空注浆锚杆（管）加固
注浆加固是通过一定的压力和路径把具有一定强度和胶结性能的浆液注入岩柱体裂隙或孔隙中，排出充填的空气和水，把松散或碎裂的岩石胶结成整体，提高岩石的力学指标和围岩级别。注浆技术历史悠久，在胶结材料、钻注设备和施工工艺等都有较成熟的经验，在国内外的岩石加固中被广泛采用，目前应用最多的注浆材料是普通硅酸盐水泥浆液。
小净距隧道岩柱注浆加工工艺是，先行洞开挖支护后，在中岩夹上布置注浆孔，采用小导管（或中空锚杆）注入水泥浆液，注浆范围超过岩柱厚度，使岩柱在后行洞到来前就得到加固；当后行洞开挖和支护完成后，根据检测到的岩柱稳定情况，决定是否采取类似先行洞的补充注浆加固，以提高岩柱岩体的力学指标，保持稳定的效果。
结束语
总而言之，在进行施工时，需要加强对地基变形的监测、控制好隧道的防排水以及初期支护， 相信在工作人员的不断努力下一定会在公路隧道施工技术上有所提高， 研发出新的施工技术确保公路隧道施工的质量安全能够得到保障。
参考文献
[1] 章英文.关于公路隧道施工技术的探析[M].科技致富向导，2012（8）：22~23.
[2] 刘明高． 小净距隧道合理净距及其施工方法的研究［D］． 北京:北京工业大学，2007．
关键词：公路小净距隧道；开挖技术；中夹岩加固；技术研究
中图分类号：U273文献标识码： A
引言
小净距隧道是继分离式隧道、连拱隧道之后出现的一种特殊隧道结构形式。由于它不受地形条件以及总体线路线形的限制，且施工工艺简单、易于防水处治、造价便于控制。目前，在公路、铁路、城市地铁工程中都广泛采用了小净距隧道形式。
一、工程概况
某公路隧道为双线分离式隧道，左线长800m，右线长800m 位于我国西北部地区，该地区地貌复杂。在修建公路中经常需要修建隧道，施工起来难度大。主要影响施工的不良地质有膨胀、滑坡等。隧道洞口的稳定性差，容易形成塌方。
二、隧道施工数值模拟
（一）、模型建立
本工程为非等大断面盾构法与新奥法小净距地铁隧道，其难度和复杂性均很大，为贴近实际工况、选择并优化合理的施工方案，建立了动态数值模拟分析程序。
采用二维平面应变模型，认为土体符合Drucker-Prager 强度准则和等向硬化弹塑性本构模型。土体采用四边形单元进行网格划分，超前注浆小导管加固效果体现为提高围岩稳定性的四边形单元模拟，初期支护和钢格栅用杆单元模拟，二次衬砌采用梁单元模拟，初期支护与二次衬砌之间的防水板采用接触面单元模拟，盾构管片采用梁单元模拟。为了保证计算精度，在隧道周围采用细密单元，施工方案的有限元模型如图1 所示。
图1 有限元模型网格划分
模型计算范围为横向取4 倍洞径、竖向取3 倍洞径，模型边界条件对于左右两侧给定X 方向位移约束和底面Y 方向位移约束。根据工程建设条件，初期支护与二次衬砌的荷载分担比例为4∶ 6，土体及支护结构的计算参数见表1。
表1 土体及支护结构参数表
（二）、施工方案模拟
区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的工程功能需要，考虑左线小断面隧道为盾构法、右线大断面隧道为新奥法相结合施工。其中，右线大断面新奥法隧道开挖高9. 31 m、宽11. 24 m，C25衬砌厚0. 35 m、HPB335 钢格栅厚0. 25 m。在浅埋地铁隧道开挖施工中，施作于隧道拱部的超前注浆小导管可以改善围岩状况，保证掌子面稳定，对增加隧道的稳定性极为重要。注浆小导管的直径为42mm、壁厚为3. 5 mm、长2. 5 m、插入角度15°、环向间距0. 3 m、纵向间距1. 0 m，压注材料为水泥－ 水玻璃双液浆，注浆压强为0. 6 ～ 3. 5 MPa。左线小断面盾构法隧道开挖直径为6. 0 m，C50 混凝土管片厚为0. 3m，抗渗等级为S10，圆环管片衬砌断面见图2。
图2 盾构法隧道管片断面图
三、开挖方法的确定
（一）、开挖方法
1、全断面开挖法
全断面开挖法就是按设计断面一次开挖成型，然后进行喷锚支护和二次衬砌的施工方法，主要适用于整体性好的围岩。其主要优缺点为:1) 全断面开挖有较大的工作空间，适合于大型配套机械化施工，施工隧道较快，且因单工作面作业，便于施工组织和管理。2) 全断面开挖由于开挖面大，围岩相对稳定性降低，并且每次循环工作量相对较大，因此要求具有较强的开挖、出渣能力和相应的支护能力。
2、台阶开挖法
台阶开挖法是指正台阶二步开挖法，它是全断面一次开挖法的改进方法，一般是将设计断面分上、下断面两次开挖成型。其多适用于围岩能在短期内处于稳定的隧道开挖。主要优缺点为:1) 台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速度，但上下部作业有干扰。2) 台阶开挖法虽然增加了对围岩的扰动次数，但上下两次的台阶施工有利于围岩的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就比较安全。3) 长台阶法上、下部能进行平行作业，开挖面小，有利于岩体稳定; 短台阶及超短台阶法两层工作面距离近，施工时相互干扰大，不能进行平行作业，施工速度慢。
3、侧壁导坑法
这种方法包括单侧壁导坑法和双侧壁导坑法，主要适用于围岩很差、地质情况复杂、断面跨度较大的隧道开挖。其主要的优缺点为:1) 侧壁导坑法减小了每个坑道的跨度，从而显著地提高了坑道围岩的相对稳定性。但是此法作业面较多，各工序相互干扰较大，且增加了对围岩的扰动次数，不利于围岩的稳定。2) 导坑超前开挖，有利于提前探明地质情况，并予以及时处理。但若采用的导坑断面过小，则造成施工速度较慢，施工成本高。
（二）、有限元分析结果
以全断面法、台阶法、侧壁导坑法这三种方法为研究对象，采取数值模拟的方法，具体分析Ⅲ类围岩的小净距隧道在不同净距时应采取的最佳施工方法，本次分析对先行洞拱顶的竖向位移、围岩应力进行分析。
本次模拟主要考虑Ⅲ围岩组成的地层，并类比其他工程实例，采用的物理力学参数如表2所示。
表2围岩及支护的物理力学参数
隧道围岩应力集中部位主要出现在拱顶及仰拱部位。其中，仰拱部位应力集中较为明显;随着净距增大，应力集中范围也随之减小; 而在同一净距下，三种开挖方法的范围大致相同。在拱顶部位，净距为6m 时，隧道拱顶上方45°处出现较大的拉应力区，先行洞的右半拱部与右洞的左半拱部的应力区出现了连通，也就是比较危险的部位，在施工中应对其重点监测，及时做好支护。从图3中可以得出，隧道开挖对隧道洞壁两侧的压应力值影响比较大，而对拱顶部位的压应力较小。后洞开挖对先行洞的影响最明显的是紧靠右洞一侧。净距较小时，距后开挖洞最近的迎爆侧的压应力较大，后开挖洞对此处造成的影响最大，随着净距的增大，自重作用引起的压应力越明显，应力值最大值出现在拱脚处。
图3应力云图
四、中夹岩加固施工技术
（一）、安装预应力锚杆
采用风钻钻孔并彻底清孔，在锚杆内锚杆体的端部戴上锚头，将戴好锚头的锚杆装入锚孔，通过锚头将其固定在锚孔内。再用止浆塞装进锚杆，然后采用配置合格的浆液进行注浆。
（二）、施加预应力
注浆结束24h 后，即可施加预应力，安装预应力专用垫板和锚具，采用专用工具拧紧锚具上的螺帽达到设计所需的预应力即可。目前施加预应力的主要方法有后张法和二次张拉法两种。
后张法预应力锚杆由锚头和锚固段两部分组成，锚头长0.5m 左右，全长带丝；锚固段长度取决于中岩柱的厚度，下部锚杆位于起拱线向上0.5m 处，锚杆上下间距1.0m。在后行洞上半断面开挖支护后，用钻机钻穿中岩柱，由先行洞侧送入锚杆，在后行洞侧将锚杆锚固端的锚垫板与锚杆杆体焊接，并施作喷射混凝土封闭孔口；从后行洞端（张拉端）用注浆机向孔内注浆（注浆材料一般采用1:1.2 灰砂比的水灰比为0.40 的水泥砂浆，当孔口溢出浆液时停止注浆）。注浆结束后安装锚杆拉拔器即张拉至设计预应力，用扭矩扳手锁定螺母，施加预应力时先将中心带孔的150mm×150mm×150mm 的钢板套在先行洞侧的孔口锚杆的杆体根部，带上螺帽，然后将锚杆拉拔器油顶套在锚头上，锚头端部加鋼板、螺帽，固定油顶后开始加预应力至设计值后，持荷5min，然后将锚头根部的钢板螺帽用扭矩扳手上紧（扳手力矩不小于100N·m）。最后拆卸钢板、拉拔器，用砂轮锯片割除多余锚头杆体，完成锚杆施工。
（三）、中空注浆锚杆（管）加固
注浆加固是通过一定的压力和路径把具有一定强度和胶结性能的浆液注入岩柱体裂隙或孔隙中，排出充填的空气和水，把松散或碎裂的岩石胶结成整体，提高岩石的力学指标和围岩级别。注浆技术历史悠久，在胶结材料、钻注设备和施工工艺等都有较成熟的经验，在国内外的岩石加固中被广泛采用，目前应用最多的注浆材料是普通硅酸盐水泥浆液。
小净距隧道岩柱注浆加工工艺是，先行洞开挖支护后，在中岩夹上布置注浆孔，采用小导管（或中空锚杆）注入水泥浆液，注浆范围超过岩柱厚度，使岩柱在后行洞到来前就得到加固；当后行洞开挖和支护完成后，根据检测到的岩柱稳定情况，决定是否采取类似先行洞的补充注浆加固，以提高岩柱岩体的力学指标，保持稳定的效果。
结束语
总而言之，在进行施工时，需要加强对地基变形的监测、控制好隧道的防排水以及初期支护， 相信在工作人员的不断努力下一定会在公路隧道施工技术上有所提高， 研发出新的施工技术确保公路隧道施工的质量安全能够得到保障。
参考文献
[1] 章英文.关于公路隧道施工技术的探析[M].科技致富向导，2012（8）：22~23.
[2] 刘明高． 小净距隧道合理净距及其施工方法的研究［D］． 北京:北京工业大学，2007．