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刘志义，徐金峰，张 华，叶明果
1.云南楚姚高速公路建设指挥部，云南 昆明 650228
2.同济大学土木工程学院，上海 200092
1.1 背景
楚雄至大姚高速公路是《滇中城市经济圈高速公路网规划》新建高速公路联络线的二段，即楚雄—牟定—姚安—大姚线，起于楚雄市，止于大姚县，规划里程78km。
楚姚高速陈家冲隧道设计布置形式为无中隔墙连拱隧道。陈家冲隧道起点里程K9+745，止点里程K10+170，全长425m，Ⅴ级围岩共145m，隧道最大埋深约为54.22m。洞内Ⅳ级围岩设计断面示意如图1所示。
图1 陈家冲连拱隧道横断面设计示意图
1.2 工程地质条件
隧道区高程在1912.46～1973.98m范围，相对高差61.25m，隧道围岩上覆以第四系残坡积（Qel+dl）粉质黏土及侏罗系上统妥甸组（J3t）泥岩夹薄层泥质粉砂岩为主，如表1所示。
表1 岩石的物理力学性质指标
1.3 开挖方式
隧道由单头掘进施工，洞口施工方法采用明挖方式；
洞身施工Ⅴ级围岩段，先行洞一幅采用三台阶法，上台阶弧形导坑预留核心土开挖。后行洞一幅采用二台阶法，上台阶弧形导坑预留核心土开挖。Ⅳ级围岩，先行洞一幅采用二台阶法开挖。后进洞一幅采用二台阶法，上台阶弧形导坑预留核心土开挖。隧道断面宽11.49m、高7.1m。
1.4 隧道结构设计施工分析
陈家冲隧道为无中隔墙式连拱隧道，左右幅压力均集中于中间部位。因此，需要对隧道测中线顶部三角区及基底岩体的加固；
严控隧道后行洞爆破对先行洞初支、二衬的振动；
后行洞钢拱架与先行洞初支准确结合是结构成型的关键步骤。
针对上述情况，在施工过程中着重把控隧道测中线顶部三角区域和拱脚底部的基地注浆措施，用以加强围岩自稳能力和基地承载力，减少隧道顶部岩体对隧道的压力。隧道仰拱部位及时跟进，做到早封闭，及时成环，以分担局部集中荷载。
2.1 后行洞进洞开挖难点
因为隧道进出口受自然箐沟影响存在浅埋偏压情况，所以洞口浅埋段Ⅴ2级围岩可采用环形开挖预留核心土法开挖，结合钢拱架、锚杆、钢筋网和喷射混凝土形成锚喷支护，Ⅳ级围岩破碎带采用台阶法开挖，支护采用可工字钢拱架、钢筋网和喷射混凝土等形成初期支护，仰拱超前施作及时闭合形成稳固的初期支护系统，保护隧道周围围岩的天然承载能力，有效控制围岩变形，使开挖支护过程围岩受力及局部失稳和破坏转变为稳定和平衡的过程。经监控量测数据反馈指导施工，及时调整支护参数和衬砌混凝土时间。
2.2 后行洞洞身开挖难点
为了将后行洞的开挖对先行洞衬砌乃至整个连拱隧道结构稳定性的影响降至最低，在开挖前制订爆破施工方案，再根据施工现场在先行洞衬砌的振动监测数据反馈确定最终爆破施工方案。
爆破开挖施工方案一：后行洞洞身爆破采用微差控制爆破技术，掏槽采取楔形掏槽，每循环进尺1m，周边眼采用光面爆破，上台阶一次性爆破完毕。
爆破开挖施工方案二：后行洞洞身爆破时采用微差爆破技术，采取后行洞远离中夹岩侧先行起爆方式，使其产生凌空面以减少爆破产生的冲击向先行洞方向的传递。同时，减少后行洞靠近中夹岩侧的炸药装填量，因药量不足产生的隧道欠挖部分采用机械开挖方式补足，每循环进尺1m。
世界历史不是历史学中的概念，它不是对世界范围内的历史事实进行澄清和研究，而是建立在普遍联系的基础上，用理性的抽象的思维去把握世界历史的本质和价值，从而为其发展趋势提供一种科学的研究方法。在前资本主义社会真正的世界历史并未形成，这一概念只是存在于理论的抽象中，在资本主义兴起确立并在世界范围内取得统治权后，世界历史终于变成了经验性的事实。因此，世界历史是人类历史不断发展过程中的阶段性产物，劳动作为它产生与发展的深层原因，为其奠定历史的起点，推动历史的转变，预示历史的未来。
爆破开挖施工方案三：后行洞洞身开挖采用微差爆破技术，在靠近先行洞一侧预留部分区域不装药爆破，其余区域同方案一。对于预留非爆破开挖区域采用人工机械开挖方式补足，每循环进尺1m。
同时，对于地质条件较差的地段或区域以机械施工为主，局部用风镐破除，小范围采用控制松动爆破法施工。根据围岩类别及开挖部位不同，采用不同的炸药单耗，对于软岩采取松动爆破技术，炸药单耗控制为0.35～1.8kg/m3，爆破施工中根据实施爆破效果进行调整。
2.3 后行洞爆破振动监测
在后行洞爆破时，采用ISV320型号的三轴振动智能传感器固定安装在先行洞二衬上，以获取先行洞二衬质点的振动速度、爆破振动持续时间、爆破地震波的主振频率信号等数据。
仪器底端通过L型平面角铁与侧壁刚性连接，可以确保爆破振速监测点真实、有效地反映出爆破施工产生的振动对周边环境的影响。
ISV320测振仪工作原理如下：当爆破振动信号传来时，系统会自动记录下整个动态波形，将其转换为数字信号存储，测试人员在远离爆破现场处通过终端测控软件，即可将数据文件传回本地进行操作分析，并实时监控系统工作状态。
每次爆破后检查爆破效果，结合监测数据分析原因及时修正爆破参数，强化爆破效果，优化技术经济指标。根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距、用药量，特别是周边眼，周边眼卸压空孔在爆破前必须打好；
根据爆破后石渣的块度大小修正装药参数；
根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，使爆破眼底基本落在同一断面上。
3.1 后行洞进洞开挖施工过程
3.2 后行洞洞身开挖施工过程
后行洞洞身上台阶开挖施工工艺：施工准备→超前地质预报→爆破设计→上台阶测量放线→上台阶钻眼→装药爆破→通风→初喷后出渣→装渣运输→断面检查、爆破效果分析→初期支护。其中，某次后行洞上台阶钻爆炮孔设计断面图[1]如图2所示，进尺1m。
图2 后行洞上台阶爆破施工炮孔布置图（单位：m）
3.3 后行洞洞身开挖效果
将爆破施工前制订的3种爆破开挖方案在现场实施后，对每次爆破开挖进行振动监测。根据每次爆破监测的振动数据反馈综合分析3种方案的优缺点。
对于爆破开挖施工方案一，经过两次现场爆破试验，在先行洞衬砌由测振仪测得最大振速（PPV）分别为27.8cm/s和30.7cm/s，每次进尺1m，装药量相同，为31kg。根据我国《爆破安全规程》（GB 6722—2014）[2]的规定，公路交通隧道爆破震动速度控制标准值应不超过15cm/s。由此可见，按照方案一的爆破设计施工对先行洞衬砌产生的振动峰值远超规范设计值。但是，采用该方案只需要爆破一次，工序简单，操作简便，进度快，可操作性强。
对于爆破开挖施工方案二，同样经过两次现场爆破试验，在先行洞衬砌测得PPV分别为11.1cm/s和13.7cm/s，进尺1m，装药量为27kg。按照方案二的开挖方式对先行洞衬砌产生的振动峰值在规范值以下，因为采取后行洞远离中夹岩侧先行起爆方式，产生的凌空面显著减少，爆破产生的冲击向先行洞方向传递。该方案工序繁多，实际操作过程中需要多次起爆，操作复杂，进度慢，危险系数高。
对于爆破开挖施工方案三，同样经过两次现场爆破试验，每次预留了3m未爆破开挖，在爆破开挖后进行了人工机械开挖。最终在先行洞衬砌测得PPV分别为16.7cm/s和20.8cm/s，进尺1m，装药量为29kg。据此，按照方案三的开挖方式对先行洞衬砌产生的振动峰值在略超过规范值，而根据现场实际情况反馈以及相关研究文献[3]可知，PPV阈值略大于15cm/s在可接受范围内，并且在先行洞衬砌未发现有新裂缝产生。方案三相较于方案一多一道工序，需要人工机械破除靠近先行洞衬砌的部分区域。
综合来看，方案一按照传统单洞爆破方式进行开挖，对先行洞造成了较大振动影响；
方案二过于保守，工序繁多复杂，进度缓慢，导致成本剧增；
方案三相对较好，符合现场施工情况，相较于方案一，将对先行洞衬砌影响降低至可接受范围，相较于方案二，施工工序简单，成本较低，进度也可接受。因此，后续后行洞开挖施工方案采取方案三。
在采取方案三进行后行洞开挖施工的基础上，对无中隔墙连拱隧道后行洞开挖技术进行优化。
4.1 传统爆破开挖控制技术
沿用传统隧道开挖爆破控制优化方法，陈家冲隧道后行洞爆破开挖时通过减小掏槽药量、减少单孔装药量、分段掏槽方法来降低对先行洞衬砌的振动影响。通过现场多次开挖爆破试验的振动反馈结果分析得出，上台阶开挖爆破的装药量当开挖面是V级围岩时不得超过31kg，当开挖面是IV级围岩时不得超过42kg。
4.2 预留非爆破开挖区域
结合陈家冲隧道施工现场实际情况，由于靠近先行洞一侧的拱腰处，存在先行洞超挖时，用注浆填充了超挖部分，部分过多的注浆对后行洞造成了侵限问题；
再加上距离先行洞衬砌很近的区域若用爆破开挖的方式，将对先行洞已有衬砌造成震裂的风险。
因此，在后行洞爆破施工时，建议在距离先行洞最近界限至少预留部分区域不进行装药，其中注浆侵限部分宽度约为1.5～3m，此部分区域也必须根据现场围岩情况确定，尤其是有注浆侵限部分不能进行爆破开挖，陈家冲隧道施工现场采用人工机械结合的开挖方式，以确保先行洞衬砌安全。预留3m区域的示意图如图3所示。
图3 后行洞非爆破开挖预留区域示意图
4.3 先行洞减震措施
首先，在结构层面，为了防止后行洞爆破时先行洞右侧拱、墙部初支喷射混凝土开裂，并确保喷射混凝土施工质量，提高其整体性，采取在先行洞初支喷射混凝土右侧拱、墙内侧设置φ16钢筋网，中间位置钢筋网采用φ8钢筋网，上述两层钢筋网可结合定位筋进行布设，将其与钢拱架相连接。
其次，在材料层面，为了减小后行洞开挖对先行洞二衬的影响，在紧贴先行洞初期支护混凝土的表面布设EVA泡沫减震材料，布设范围从先行洞靠近中夹岩侧拱腰位置至墙角位置；
φ6钢筋网紧贴先行洞二衬外侧环向主筋焊接布设。其中，EVA泡沫减震材料具有材料轻质、富弹性、隔声效果佳、防震性能好等特点，增设EVA材料能起到减震的作用，有利于保护先行洞刚性的二衬结构。陈家冲隧道现场布置如图4所示。
图4 陈家冲隧道先行洞减震布置图
最后，在空间层面，施工过程中必须保证先行洞二衬与后行洞掌子面距离不得小于40m。
在陈家冲隧道后行洞开挖掘进施工过程中，结合无中隔墙连拱隧道结构设计思路，利用先进的振动监测技术手段，因地制宜，在确保先行洞衬砌结构安全的情况下对后行洞开挖进行了优化。与传统连拱隧道和以往无中隔墙连拱隧道的施工开挖相比，该工程取得了以下改进技术成果：
（1）在陈家冲隧道取消了繁杂的CD法，减少了施工工序，缩短了预计施工工期，降低了施工成本；
（2）通过采用传统爆破开挖控制技术，利用适合陈家冲隧道现场人工机械开挖结合的方式控制爆破振动影响，从结构、材料、空间层面上提高了先行洞对振动的抵抗效应等，降低了后行洞爆破开挖带来的振动影响；
（3）通过降低每次爆破掏槽眼炸药量等传统减震方法以外，在无中隔墙连拱隧道后行洞开挖时，经过现场实践，需要在距离先行洞界限处预留1.5～3m的宽度，以防止先行洞衬砌被震裂。
无中隔墙连拱隧道后行洞开挖优化控制技术在陈家冲隧道施工现场取得了良好效果，提高了工程质量，保证了后行洞的安全顺利掘进，给各个单位带来了显著的工程效益。
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