雙連拱隧道中導洞正臺階法施工技術

張寶明

摘要：本文以高速公路雙連拱隧道施工為例，介紹了連拱隧道中導洞-正臺階法施工工藝和監控量測技術，提出了雙連拱隧道中導洞施工關鍵技術及質量控制措施，以期為類似工程提供借鑒和參考。

Abstract： This article takes the construction of a double-arch tunnel on a highway as an example， introduces the construction technology and monitoring measurement technology of the middle guide tunnel-positive step method in the double-arch tunnel， and proposes the key technology and quality control measures for the construction of the middle guide tunnel in the double-arch tunnel， with a view to providing reference for similar projects.

關鍵詞：連拱隧道;中導洞-正臺階法;中隔墻;監控量測

Key words： double-arch tunnel;middle guide tunnel-positive step method;middle partition wall;monitoring measurement

中圖分類號：U455.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0131-03

1 ?概述

雙連拱隧道由于具有占地面積較小、功能性強、環保等優點，在公路隧道中普遍應用，相比單洞隧道施工難度較大。與分離式隧道相比，雙連拱隧道是一種上、下行線連體設置，中隔墻分離隧道。雙連拱隧道修建過程中由于雙拱相互影響、初期支護受力不明確，開挖和支護難度大、干擾因素多，施工方法選擇尤為重要，決定了連拱隧道的施工安全、質量。聞家鋪子隧道長170m，最大埋深45m，圍巖主要以強風化泥質板巖為主且穩定性差。根據連拱隧道地形、圍巖條件及結合工期要求，采用中導洞三臺階預留核心土法施工。

2 ?中導洞臺階法施工工藝

2.1 隧道施工方法

隧道圍巖分別為Ⅳ和V級圍巖，根據復合式襯砌類型、工期要求、地質條件等因素，經過對三臺階、側壁導坑等方案比選，采用中導洞三臺階預留核心土法施工。先進行中隔墻施工，再進行后兩側主洞的施工。開挖過程盡量減少對圍巖擾動降，同時利用初期支護封閉成環，以控制圍巖變形量。同步加強對圍巖支護結構變形監測，掌握圍巖實時動態變化，精準把握工序施做時機、調整施工工藝和支護設計參數。

2.2 中導洞三臺階法施工工序

中導洞必須先期施工，中導洞主要施工工藝流程如下：中導洞掘進（臺階法） →中導洞支護施工頂部錨桿→ 隧道底部加固錨桿→中隔墻基礎、澆筑墻身施工→中隔墻回填（與兩側主動開挖同步）。

中隔墻回填后才能進行兩側主洞交替開挖作業，主洞開挖應結合中隔墻側面回填順序，利用中隔墻回填進行反壓，保證主洞開挖面穩定。兩側主洞施工工藝流程：先開挖側洞施工：開挖先行施工側主洞上臺階，同步超前支護施工→初期支護施工→開挖中臺階核心土→初期支護施工→開挖下臺階→臨時支護拆除→初期支護施工→施作仰拱及矮邊墻→澆筑二次襯砌。后開挖側洞施工與先開挖側洞施工工藝相同，僅開挖時間適當滯后。

3 ?施工重難點

①由于聞家鋪子隧道圍巖結構自穩定性較差，中導洞開挖工藝采用上下臺階法。中導洞空間狹小，大型機械難以展開，主要采用人工輔助小挖掘機掘進工藝，是該隧道的施工難點。

②一般中隔墻頂和中導洞初期支護存在空隙，中隔墻墻頂不能一次性澆筑到位。

③主洞開挖過程中受力的轉換。連拱隧道上、下行線路間距小，先行洞和后行洞受力體系平衡是重點，主洞開挖時是連拱隧道最不利穩定狀態，如何采用合理的施工措施確保左、右洞初支拱圈、圍巖及中隔墻之間受力體系的轉換是施工控制的關鍵技術。

④兩側主動開挖打破原有土體結構平衡，應力分布變化復雜，如連拱隧道兩側主洞的開挖距離短，兩側主動開挖互相影響，加劇圍巖結構變形，影響隧道的施工安全。因此連拱隧道兩側主動施工，兩側主動開挖距離必須嚴格按照規范要求控制，先行施工主洞圍巖穩定初期支護及時施工后方可進行后行段主動開挖施工。

⑤主洞施工時初支沉降控制，采用三臺階工法施工初支工字鋼落地成環周期長，在施工過程中初支鋼拱架的拱頂和側邊拱腰的沉降是不可避免的，如何有效控制初支沉降是保證后期二襯正常施工的關鍵。

4 ?施工質量控制措施

4.1 中隔墻頂注漿

前期中隔墻施工時中隔墻頂部混凝土澆筑密實度不佳，后續主洞施工前，需對中隔墻頂部采用水泥漿液進行注漿，一般注漿壓力0.25～0.3MPa。注漿管分布示意圖見圖1。

4.2 微震控爆和中隔墻保護措施

4.2.1 爆破設計

4.2.1.1 炸藥品種的選擇

由于炸藥爆速對爆破震動有直接的影響，爆速越高爆破產生的震動越大，針對本隧道圍巖情況，在掏槽眼和崩落眼中選用2#巖石乳化炸藥，在周邊眼中選用直徑20mm的低爆速光爆炸藥。

4.2.1.2 炮眼布置

在爆破工程中，掏槽眼是產生最大震動速度的部位，因此選用減震效果較好的單楔形掏槽，炮眼水平傾角70度，循環進尺0.6～0.8m，周邊眼間距45cm。

4.2.1.3 裝藥結構

為達到光面爆破效果，周邊眼采用空氣柱間隔式裝藥，炮眼同時爆炸，激起相向傳播的空氣沖擊波，增高應力值，利用沖擊波反射合碰撞，提高作用范圍，從而減少對周圍巖體的破壞。對于軟硬巖層相間應力場分布不均地段，采用相鄰炮眼正反向起爆，從而達到最佳控爆效果。

4.2.1.4 炮眼單孔裝藥量

掏槽眼單孔裝藥量q=0.55，崩落眼和周邊眼q=0.35。

4.2.2 爆破過程中對中隔墻的保護

①爆破設計中對于鄰近中隔墻的炮眼，采用密封布置，減少裝藥量，分段爆破的方式，從而減少爆破疊加拋石。

②為避免爆破作業對中隔墻混凝土表面產生破壞，施工過程中距離掌子面20m范圍內的中導洞初期支護保留，用作對中隔墻的隔離屏障以阻擋爆破拋石。

4.3 施工過程中受力體系的轉換

隧道施工中因正洞的開挖將拆除中導洞臨時支護，同時由于先施工右洞，右洞初期支護拱圈和左洞圍巖將分別對中隔墻和中導洞臨時支護產生偏壓力，施工中圍巖結構體系發生變化，安全穩定的轉換結構的受力體系是雙連拱隧道施工的重點。受力體系轉換方法如下：右洞開挖前在中隔墻左側完成中隔墻的回填，同時完成中隔墻頂部防水施工，并對中隔墻頂部中夾巖注漿加固。

4.4 先行洞和后行洞的合理間距

主洞施工步距控制是確保連拱隧道結構受力平衡，確保施工安全和圍巖的穩定的主要施工措施。根據聞家鋪子隧道施工經驗，施工過程中，后行洞仰拱施工應超前先行洞，一般控制在10m左右，且超前先行洞二次襯砌。根據新奧法原理，后行洞需經監控量確保測初支沉降基本穩定后，才能施工二襯，二襯施工采用左右洞對稱同步向前推進。在開挖控制方面，后行洞的掌子面一般要超過先行洞二襯，一般不低于20m。

4.5 主洞初支沉降控制措施

主洞隧道應嚴格遵循“弱爆破、短進尺、少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的施工原則。根據監控量測分析結果合理調整開挖工藝及圍巖支護設計參數。施工過程中應適當預留初期支護變形量，預留變形量參數以同類監控量測數據為依據，對于圍巖變形較大地段，應該適當加強鎖腳錨桿的數量，必要時設置臨時仰拱和臨時支撐結構，以防止圍巖大變形造成隧道支護結構破壞失穩。

4.6 施工過程中的監控量測

雙連拱隧道主要量測項目：拱頂下沉、初支收斂、地表下沉、仰拱隆起。施工過程中按設計要求及施工工藝布置測量點，測點布置見圖2。通過觀測數據分析，繪制出位移（μ）-時間（t）和位移（μ）-距開挖面距離（L）的關系曲線，當隧道凈值收斂值的速度明顯下降時，收斂已達總收斂值的80～90%且水平收斂速度小于0.2mm/d和拱頂下沉速度小于0.1mm/d時可認為圍巖基本穩定，即可進入二襯施工工序。當隧道噴混凝土出現明顯裂縫或隧道支護表面任何部位的實測收斂值達到抗限標準的70%且收斂速度明顯下降時，應由回歸方程推算出最終位移值，若最終位移值超限，應立即采取補強初期支護措施，并改變支護參數。

5 ?結語

通過正臺階法施工技術在雙連拱隧道施工中的應用，得出如下結論：

①軟弱圍巖的連拱隧道施工采用中洞坑-正臺階法施工可行，中導洞施工施工優勢體現在三個方面：一是超前地質預報;二是作為通風通道改善主洞施工作業環境;三是改變圍巖應力分布狀態，確保施工安全。

②動態調整的支護手段及現場監控量測系統的應用，能有效的監控洞室周邊巖體及支護結構的安全，保證連拱隧道的正常開挖及受力體系轉換。

③在軟弱圍巖中雙連拱隧道兩側正洞應保持安全施工距離，先行施工的洞室要及時支護、襯砌及時封閉成環，后施工的洞室要在先施工洞室主體結構完成后及時跟進，以確保隧道安全。

④連拱隧道施工，中隔墻的穩定是重中之重。中隔墻施工完畢后才能進行后續兩側主洞施工，因此中隔墻是雙連拱隧道施工的核心，中隔墻是整個隧道體系轉換過程中的有效支撐點，在主洞施工中必須保證其穩定性，做好中隔墻反壓回填，保證中隔墻自身體系穩固，是后續主洞施工的關鍵。

參考文獻：

[1]楊學奇，王明年，陳樹汪，劉大剛.軟弱地層的大斷面雙連拱隧道設計與施工方案優化研究[J].隧道建設（中英文），2019，39（S2）：176-184.

[2]胡志平，馬甲寬，鄧紅濤，楊輝，張永輝.雙連拱地鐵隧道施工關鍵技術及力學行為模擬[J].鐵道工程學報，2020，37（03）：95-100.

[3]張廣輝.公路雙連拱隧道施工技術研究[J].四川水泥，2020（01）：273.