公路隧道各工作面間相對距離的控制標準

李 凱，陳軍社

(中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710016)

0 引 言

公路隧道施工中，隨著各工作面的不斷推進，其間的相對距離也在不斷變化，如上臺階長度、下臺階長度、掌子面到仰拱、仰拱到二襯以及左右洞掌子面的縱向距離等，都在隨進尺而不斷變化著[1-5]；但出于安全方面考慮，各工作面間的相對距離也不能無限制地變化[6-10]。為此，規(guī)范規(guī)定了一部分距離關(guān)系(如掌子面到二襯)，也有一些沒有具體規(guī)定(如仰拱到二襯)。作為隧道施工技術(shù)人員，應結(jié)合施工組織、安全等因素，進一步研究和明確各種工作面間的相對距離。

《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG D70/2—2014)、《公路隧道設(shè)計細則》(JTG/T D70—2010)、《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F60—2009)、公路隧道施工技術(shù)細則》(JTG/T F60—2009)、《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》(JTG F90—2015)是公路隧道施工中建設(shè)、監(jiān)理、施工各方遵守的主要規(guī)范，是指導隧道施工的標準和指南，也是現(xiàn)場施工技術(shù)人員必備的主要工具。但是，對于隧道施工過程中各工作面間的相對距離關(guān)系，各規(guī)范的規(guī)定要求存在著差異和不完善，甚至有相互矛盾之處，易引起岥義。本文主要對公路隧道各工作面間相對距離進行探討、梳理、總結(jié)和統(tǒng)一，為隧道施工控制提供參考。

1 小凈距隧道工作面相對距離

1.1 小凈距隧道雙洞的影響

對于小凈距隧道，《公路隧道施工技術(shù)細則》(JTG/T F60—2009)中給出了雙洞間相互影響程度的劃分，如表1所示。

表1 小凈距隧道雙洞間相互影響程度劃分

注：B為隧道開挖斷面的寬度。

有學者研究認為：公路施工中常見的Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級圍巖中,Ⅴ級圍巖隧道凈距在2.0B以上，Ⅳ、Ⅲ級圍巖隧道凈距在1.5B以上時，小凈距隧道一般只需采取施工控制措施即可，而不需特殊加固設(shè)計；當Ⅴ級圍巖隧道凈距在2.0B以下，Ⅳ、Ⅲ級圍巖隧道凈距在1.5B以下時，后行洞的施工會危及中巖柱的穩(wěn)定，才需要根據(jù)不同的圍巖和凈距對小凈距隧道分類處理，對中巖柱和隧道襯砌結(jié)構(gòu)采取加強和加固措施。

另外，通過試驗可知，當小凈距隧道Ⅴ級圍巖的凈距小于0.75B，Ⅳ級圍巖的凈距小于0.5B，Ⅲ級圍巖的凈距小于0.3B時，中間巖柱的塑性區(qū)將會重疊，屬嚴重影響，需重點加固中間巖柱。

綜上所述，對于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖的小凈距隧道的認識如表2所示。

1.2 先行洞與后行洞掌子面的錯開距離

《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F60—2009)中第9.1.2條規(guī)定：對于小凈距隧道，先行洞與后行洞掌子面錯開距離應大于2倍隧道開挖寬度?！豆饭こ淌┕ぐ踩夹g(shù)規(guī)范》(JTG F90—2015)9.3節(jié)中規(guī)定，兩座平行隧道開挖，同向開挖工作面縱向間距應根據(jù)兩隧道間距、圍巖情況確定，且不宜小于2倍洞徑?！豆匪淼涝O(shè)計細則》(JTG/T D70—2010)中17.2.6條規(guī)定，小凈距隧道兩隧道掌子面距離宜控制在2倍開挖跨度以上。為減輕后行洞開挖爆破對先行洞二次襯砌的影響，先行洞二次襯砌宜落后于后行洞掌子面2倍開挖跨度以上，并應滿足圍巖穩(wěn)定條件。后行洞初期支護(落底成環(huán)后)宜超前先行洞二次襯砌1倍開挖寬度以上。先行、后行隧道的相鄰洞室掌子面距離宜保持在2倍隧道開挖寬度以上?！豆匪淼朗┕ぜ夹g(shù)細則》(JTG/T F60—2009)第8.1.4條規(guī)定：先行洞室的二次襯砌宜在圍巖變形基本穩(wěn)定后進行，宜落后于后行掌子面2倍隧道開挖寬度以上。

表2 小凈距隧道雙洞間相互影響程度及加強措施

從這些規(guī)定可以看出，對于小凈距隧道，規(guī)范都要求了“先行洞與后行洞掌子面錯開距離應大于2倍隧道開挖寬度”。但為了防止后行洞掌子面爆破震動使先行洞已完成的二襯開裂或受到影響，該距離也不能無限制的大，對此，《公路隧道設(shè)計細則》(JTG/T D70—2010)第17.2.6條提出了“先行洞二次襯砌宜落后于后行洞掌子面2倍開挖跨度以上，并應滿足圍巖穩(wěn)定條件；后行洞初期支護(落底成環(huán)后)宜超前先行洞二次襯砌1倍開挖寬度以上”。因此，在小凈距隧道施工時，需對先行洞與后行洞掌子面錯開距離的范圍進一步明確。

對于Ⅴ級圍巖地段，掌子面到二襯的距離不超過70 m，要滿足“先行洞與后行洞掌子面錯開距離大于2倍隧道開挖寬度”的要求，還要滿足“先行洞二次襯砌落后于后行洞掌子面2倍開挖跨度以上”這一條件，如圖1所示。對于二車道隧道，一般Ⅴ級圍巖段開挖寬度為12.5～13.5 m，暫按13.5 m計算，那么后行洞掌子面與先行洞掌子面的距離不應小于27 m，且后行洞掌子面與先行洞二襯的距離也不應小于27 m，則后行洞掌子面的可調(diào)節(jié)范圍為16 m(70 m-27 m-27 m)，現(xiàn)場施工時可按此范圍實施控制。但對于三車道隧道，一般V級圍巖段開挖寬度約為17 m左右，暫按17 m計算，那么后行洞掌子面與先行洞掌子面的距離不應小于34 m，且后行洞掌子面與先行洞二襯的距離也不應小于34 m，則后行洞掌子面的可調(diào)節(jié)范圍就只有2 m(70 m-34 m-34 m)，這顯然是難以做到的。一般來講，Ⅴ級圍巖段的小凈距隧道都是處于洞口淺埋段，圍巖狀況是極差的，采用挖機即可開挖，即使爆破也是弱爆破，因此，后行洞掌子面開挖對先行洞二襯的影響范圍也達不到2倍隧道開挖寬度那么大。所以，對于三車道隧道的后行洞掌子面超前先行洞二襯的距離，可作適當調(diào)整，筆者認為，后行洞掌子面超前先行洞二襯，可按1.0～1.5倍的隧道開挖寬度控制，也就是17～25 m，如圖2所示。這樣，一方面可使后行洞掌子面與先行洞的相對關(guān)系有一個可調(diào)整的范圍，即11～19 m；另一方面可保證后行洞開挖后，中間巖柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)重新排列，內(nèi)部應力釋放在一定時間段內(nèi)有個過程，使先行洞的沉降和收斂進一步發(fā)展直到穩(wěn)定，以減小二襯承受的永久內(nèi)力，同時也要結(jié)合洞內(nèi)的監(jiān)控量測結(jié)果，待穩(wěn)定后再施作先行洞二次襯砌。至于“后行洞初期支護(落底成環(huán)后的)宜超前先行洞二次襯砌1倍開挖寬度以上”，在大斷面隧道施工中可不作硬性規(guī)定，以方便現(xiàn)場實施。

圖1 小凈距隧道雙洞掌子面錯開距離

圖2 大斷面小凈距隧道雙洞掌子面錯開距離

Ⅳ級及以上圍巖地段，由于二襯到掌子面的距離遠大于Ⅴ級圍巖段規(guī)定的70 m，因此，“先行洞與后行洞掌子面錯開距離應大于2倍隧道開挖寬度”和“先行洞二次襯砌宜落后于后行洞掌子面2倍開挖跨度以上”在現(xiàn)場都能做到，可按此要求來控制左右洞間的相對位置關(guān)系。

2 臺階法工作面相對距離

2.1 臺階長度

《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F60—2009)6.2節(jié)中規(guī)定：臺階法施工，臺階長度不宜超過隧道開挖寬度的1.5倍。在《公路隧道設(shè)計細則》(JTG/T D70—2010)17.2.3條中提到，臺階法包括長臺階、短臺階和超短臺階法3種，并規(guī)定：長臺階法中，上臺階宜超前50 m以上或大于5倍洞跨，上下斷面可平行作業(yè)；短臺階法中，上臺階長度宜在1～5倍洞跨范圍內(nèi)，兩臺階不應全部平行作業(yè)；超短臺階法中，上臺階僅超前5～10 m，只能采用交替作業(yè)。

對于臺階法施工中臺階長度的規(guī)定，筆者認為，《公路隧道設(shè)計細則》更具有指導性和可操作性，并且該細則將3種臺階開挖法適用的圍巖級別也進行了列表劃分，見表3。為了統(tǒng)一起見，對于臺階法中的臺階長度及適用圍巖類別，應以《公路隧道設(shè)計細則》為準。

表3 臺階法分類

2.2 每循環(huán)開挖進尺長度

《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F60—2009)6.2節(jié)中僅對環(huán)形開挖留核心土法有進尺規(guī)定，即環(huán)形開挖進尺宜為0.5～1.0 m。《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》(JTG F90—2015)9.3節(jié)中規(guī)定：臺階法和環(huán)形開挖預留核心土法施工，上臺階每循環(huán)開挖支護進尺Ⅴ、Ⅵ級圍巖不應大于1榀鋼拱架間距，Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼拱架間距，臺階下部斷面一次開挖長度應與上部斷面相同，且不得超過1.5 m?！豆匪淼涝O(shè)計細則》(JTG/T D70—2010)17.2節(jié)中規(guī)定：環(huán)形開挖留核心土法環(huán)形開挖進尺為0.5～1.0 m，不宜過長；三臺階法施工，上臺階開挖長度為1～2 m，中臺階及時跟進，做到及早落底成環(huán)。臺階法施工時下半斷面的開挖和封閉應采用單側(cè)落底或雙側(cè)交錯落底，避免上部初期支護兩側(cè)拱腳同時懸空，視圍巖狀況宜控制落底長度為1～2 m，不得大于3 m。

對于臺階法和環(huán)形開挖預留核心土法施工的開挖進尺，有“0.5～1.0 m”和“上臺階每循環(huán)開挖支護進尺Ⅴ、Ⅵ級圍巖不應大于1榀鋼拱架間距，Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼拱架間距”兩種表述。筆者認為， “上臺階每循環(huán)開挖支護進尺Ⅴ、Ⅵ級圍巖不應大于1榀鋼拱架間距”劃定范圍過小，設(shè)計圖紙中，Ⅴ、Ⅵ級圍巖的拱架間距一般為0.5～1.0 m，應根據(jù)現(xiàn)場圍巖條件綜合判斷來確定開挖長度，因此，“Ⅴ、Ⅵ級圍巖每循環(huán)開挖進尺為0.5～1.0 m”比較合理?！阿艏墖鷰r不得大于2榀鋼拱架間距”表述方法其實與 “開挖長度為1～2 m”的意思基本一致，因為Ⅳ級圍巖地段拱架間距一般為1.0～1.2 m，為了表述方便，開挖進尺長度以m表示更直觀，也更能適用于現(xiàn)場施工，因此，“Ⅳ級圍巖每循環(huán)開挖長度為1～2 m”比較合理。另外，應增加“Ⅲ級圍巖每循環(huán)開挖進尺長度為2～3 m，Ⅰ、Ⅱ級圍巖每循環(huán)開挖進尺長度為3～5 m”的要求。

規(guī)范對臺階法施工時下半斷面開挖進尺長度的規(guī)定也有矛盾之處，“臺階下部斷面一次開挖長度不得超過1.5 m”的說法過于苛刻，筆者認為, “Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖，臺階下部斷面一次開挖長度應與上部斷面相同，且不得超過3 m，下部斷面的開挖和封閉應采用單側(cè)落底或雙側(cè)交錯落底，應避免上部初期支護兩側(cè)拱腳同時懸空”的要求比較合理。上臺階開挖進尺長度只要確定好，下部斷面的標準與上臺階相同。

3 分部開挖法各導洞間相對距離

各規(guī)范中，對于中隔壁法或交叉中隔壁法的施工規(guī)定：左右兩側(cè)導坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15 m。對于雙側(cè)壁交叉法、雙側(cè)壁導坑法的施工規(guī)定：左右導坑開挖工作面拉開距離不宜小于15 m，導坑與中間土體同時施工時，導坑應超前30～50 m。

但是，規(guī)范僅規(guī)定了左右兩側(cè)導坑開挖工作面的最小縱向間距，對于左右導坑工作面間的最大距離未做詳細規(guī)定，對于二襯到仰拱、二襯到主洞下臺階的距離，也沒有詳細規(guī)定。

參照國內(nèi)一些文獻，結(jié)合以往施工經(jīng)驗，筆者認為：中隔壁法或交叉中隔壁法、雙側(cè)壁交叉法、雙側(cè)壁導坑法施工，左右兩側(cè)導坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15 m， Ⅴ級圍巖段不宜大于35 m，Ⅳ級圍巖段不宜大于45 m；雙側(cè)壁交叉法、雙側(cè)壁導坑法的導坑與中間土體同時施工時，導坑超前主洞30～50 m；二次襯砌距離下導坑開挖面不大于25～35 m；二次襯砌工作面距離仰拱工作面一般為15～25 m，如圖3所示。

圖3 分步開挖法各工作面相對距離關(guān)系

另外，各規(guī)范對于中隔壁法或交叉中隔壁法、雙側(cè)壁導坑法施工時，導洞上、下臺階掌子面間的距離均未做具體規(guī)定。結(jié)合國內(nèi)一些文獻和以往施工經(jīng)驗，筆者認為，導洞上、下臺階掌子面間距宜為5～10 m，仰拱和仰拱回填應緊跟主洞下臺階初期支護。

4 連拱隧道左右洞錯開距離

《公路隧道施工技術(shù)細則》(JTG/T F60—2009)中的8.2.3條規(guī)定：連拱隧道主洞開挖時，左、右兩洞掌子面錯開距離宜大于30 m?！豆匪淼涝O(shè)計細則》(JTG/T D70—2010)中的17.2.5條規(guī)定，連拱隧道的中導洞開挖法，先貫通中導洞并澆注中墻混凝土，然后采用臺階法開挖左右主洞，最后全斷面施作二次襯砌。施工時左右導洞錯開的距離不宜小于20 m。

筆者認為，為了減少連拱隧道左、右洞兩掌子面開挖施工的震動干擾，同時統(tǒng)一各標準的要求，方便現(xiàn)場控制，施工時執(zhí)行《公路隧道施工技術(shù)細則》(JTG/T F60—2009)中8.2.3條規(guī)定的“連拱隧道主洞開挖時，左、右兩洞掌子面錯開距離宜大于30 m”比較合適。

5 結(jié) 語

對于現(xiàn)場施工技術(shù)人員來講，各類隧道設(shè)計、施工技術(shù)規(guī)范就是隧道工程現(xiàn)場施工控制的依據(jù)，在具體應用過程中，技術(shù)人員有義務、有責任結(jié)合實際情況對規(guī)范存在的沖突之處以及規(guī)范未涉及的施工要求和標準，進一步思考并補充、完善，以便為以后的隧道施工指明方向，使工程技術(shù)人員有規(guī)可依，有理有據(jù)，統(tǒng)一認識，統(tǒng)一標準。