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摘要：在隧道工程建设中，经常会遇到浅埋偏压小净距隧道施工建设。为了保证建设质量与效率，需要应用合理化的开挖施工技术，才能促进后续工程继续开展。本文以阴峡隧道工程为例围绕浅埋偏压小净距隧道采用上下台阶开挖的施工方法进行了研究，应用仿真建立三维模型、模拟上下台阶开挖技术过程，根据开挖过程产生的地表位移情况、掌子面挤出位移情况、中夹岩柱特征点应力情况进行分析，从而探讨出上下台阶开挖施工方法的可行性。
关键词：浅埋偏压小净距隧道；上下台阶开挖；施工方法
目前，研究学者针对小净距隧道进行了相关研究，目的是研究出影响施工质量与效率的因素，特别是开挖作业中应用的技术，决定着后续工程建设是否能够顺利开展。较多的学者针对不同的开挖方法展开了模拟试验，每一种开挖方式都具有不同的优势与缺陷。施工人员在应用每一种技术时需要掌握优缺点，才能保证施工质量。本文针对上下台阶开挖施工技术对浅埋偏压小净距隧道开挖作业是否具备可行性开展了研究，具体内容如下：
1 工程原开挖设计
1.1 偏压小净距后行洞隧道原设计的要点
针对偏压小净距隧道，原设计文件在设计时主要是以保障开挖安全、降低开挖时对先行洞产生的振动影响为核心，在开挖方式、爆破振速的控制、先后洞的安全控制距离方面都提出了相关的要求与建议。其中，对于Ⅴ级围岩一般段、Ⅵ级围岩提出的建议是应用中隔壁导坑的开挖模式，在后行洞的衬砌处产生的振动速度需要把控在9cm/s以下，而在先行洞的衬砌位置产生的扰动速度需要把控在14cm/s以下。
1.2 原设计中的中隔壁开挖方式概述
应用中隔壁开挖方法主要是能够将全断面进行划分，分成左右两个断面，并且形成上下四个台阶，上台阶要超过前下台阶8m左右。采用中隔壁开挖技术，主要是根据此工程实际存在的围岩情况、全断面情况而确定的开挖模式。
2 调整开挖方案
原设计方案需要经过审核，在审核时需要将实际围岩情况考虑在内，从而分析出开挖方式的可行性。分析实际围岩情况可知，需要开挖的地段中，围岩全部为岩质，岩质的强度较高，大约是在70MPa左右，具有相对较好的完整性。结合已经完成的先行洞开挖作业进行围岩条件的判断，后行洞一般段围岩的总体条件较好，具有较强的自稳能力。因此，站在施工安全的角度、施工进度的角度、费用情况的角度进行考量后，将原设计中的中隔断开挖方式更改成上下台阶开挖施工技术。
3 建立隧道开挖三维模型
为了验证偏压小净距隧道应用上下台阶开挖施工方法的效果，采取建立开挖三维模型的方式进行开挖试验。在建立三维模型时，需要掌握此区域围岩的实际情况，经过详细实际勘察后记录需要的相关数据，并融入三维模型中，从而保证开挖试验能够与真实情况相符合。在设置模型参数时，要依据《公路隧道设计细则》设置岩质围岩的基本物理力学参数，混凝土的材料选择的是混凝土塑性损伤模型。仿真模型设计好后，模拟上下台阶开挖过程，从中掌握地表位移情况、掌子面挤出位移情况、中夹岩柱特征点应力情况。
4 上下台阶开挖施工方法
应用上下台阶开挖施工技术需要确定好施工参数，主要包括三个方面：第一，台阶高度。采用三台阶的开挖支护技术，上台阶的高度为3.5m，中台阶的高度为3.6m，下台阶的高度为3.9m。台阶高度的确定是依据格栅拱架实际的单元高度而设定，其中的上台阶开挖作业需要挖掘至钢格栅的第一个单元拱脚，而中台阶的开挖作业需要挖掘至钢格栅的第二单元拱脚，下台阶的开挖作业需要挖掘至仰拱底。第二，台阶的长度。上台阶的长度设置为5.5m左右，中台阶的长度设置为23m左右，下台阶的长度设置为8m左右。划分台阶长度是综合考虑了机械出渣能力、机械出渣工作面的长度、围岩条件下的仰拱、掌子面的安全距离而确定的。第三，爆破振速。爆破设计中，上下台阶法开挖作业每循环进尺2.5m后，需要消耗的炸药量在0.6kg/m3，而最大的单项爆破用量是上台阶周围应用的装药量为17.3kg，在一次爆破时产生的最大用药量是中台阶挖掘时产生的106.565kg。
在此种情况下，由于选择的毫秒雷管具有时差小的特点，如果采取爆破振动叠加时会产生不利影响。因此，在取值爆破振速药量时，按照最大量计算爆破用量，同时还要将偏压小净距隧道中夹岩柱的最小距离考虑在内，最小距离大致在7.5m左右。如果先行洞的二衬超过前后行洞的掌子面，设置的后行洞爆破点与二衬过近，二衬结构会受到爆破振动势的影响。所以，根据设计文件中要求的爆破振速10cm/s进行反算工作，得到后行洞与二衬之间的安全距离。
5 应用上下台阶开挖施工技术的分析
在偏压小净距隧道应用上下台阶开挖施工方法后，需要了解开挖后实际开挖区域的地表位移情况、掌子面挤出位移情况、中夹岩柱特征点应力情况，才能验证出上下台阶开挖施工方法的可行性，具体情况下如下：
5.1 地表位移分析
在开挖偏压小净距隧道时，围岩与边坡是否具备稳定性需要掌握此区域的地表位移情况，并且控制地表位移是隧道工程建设中的重要内容，也是数值分析作业中的重要指标。在开展地表位移分析法时，先选取初始开挖断面上方位置进行地表测线，然后沿着隧道开挖的方向在先行洞的拱顶上方、后行洞的拱顶上方实施地表测线工作。经过测量上下台阶开挖施工方法后的地表沉降后，地表沉降的最大值是在初始开挖断面的位置，达到8mm。在同一横坐标下，先行洞地表沉降值要高于后行洞。
5.2 掌子面挤出位移分析
应用上下台阶开挖施工方法后，产生掌子面挤出位移的区域主要存在于上台阶。由于在开展下一步的开挖作业时会挖掘出上一步已经发生的掌子面挤出位移，因此形成每一步挖掘都会产生新的掌子面，造成掌子面挤出位移不能与地表沉降相同，体现出每一个开挖步骤进行累加地表沉降的过程。因此，掌子面挤出位移量值不会较大。
5.3 中夹岩柱特征点应力
在了解中夹岩柱特征点应力时，可选择连接两个隧道的起拱线位置水平线，在此水平线上设置三个监测点，这三个点的具体位置是在深埋洞开挖面的附近、岩柱的中部位置、浅埋洞开挖面的附近。经过针对这三个点的应力分布情况进行监测后，在应用上下台阶开挖施工技术后，中夹岩柱与深埋洞开挖面附近、浅埋洞开挖面附近产生的应力要高于岩柱中部位置，而深埋洞开挖面附近产生的最小应力要显著高于浅埋洞开挖面附近，深埋洞开挖面的附近点产生的最大应力与最大应力之差也表现出最大的特点。从三个点的应力值进行分析，中夹岩柱与开挖面的位置越接近，受到的施工扰动力度越强。根据应力差进行分析，中夹岩柱深埋侧的岩土体与浅埋侧相比较，更容易产生破坏的问题。
6 后行洞应用上下台阶开挖施工方法对自身及先行洞结构产生的影响
经过建立模型模拟上下台阶开挖施工方法后，并通过爆破测振仪对数据进行收集后，在爆破开挖上下台阶时，并且是处于最不利于开挖条件的状态下，先行洞结构物存在的各断面围岩压力值产生了较小的波动，而内应力仪器所采集到的数据却显示出有波动状态，而应力曲线较为稳定。从此可知，对先行洞结构物产生的影响比较小，不会影响先行洞结构的整体稳定性能。经过爆破振动仪测量后，后行洞二衬处形成的振动速度是在6.5cm/s左右，此速度与设计文件中的要求相符合，能够保证先行洞结构的稳定性与安全性，可以应用上下台阶开挖施工技术。
结束语：
综上所述，在开展偏压小净距隧道开挖作业时，可以应用上下台阶开挖施工技术，不会影响先行洞结构物的稳定性能与安全性能。虽然通过建模模拟验证出上下台阶开挖施工技术的效果，但是此技术仍然存在着缺陷，比如地表沉降较大等，需要研究学者深入性的研究此类型隧道的开挖形式，从而解决此技术存在的不足，提高隧道开挖质量与效率，促进隧道工程建设行业能够稳定、快速的向前发展，进一步提升我国经济增长。
参考文献：
[1]刘世坤.例谈隧道三台阶临时仰拱法开挖技术[J].价值工程.2014(03)：87-88.
[2]张毅,房明.隧道下穿既有隧道施工影响的三维数值模拟[J].广州建筑,2012,(6):12-15.
[3]吴占瑞,漆泰岳.跨线风道近接施工力学特性研究[J].铁道标准设计,2012,(4):99-103.