浅谈双连拱隧道施工技术及安全控制要点

浅谈双连拱隧道施工技术及安全控制要点

杨颖

广东省长大公路工程有限公司

摘要：近几年快速发展的公路、铁路工程中，双连拱形式的隧道越来越多，尤其在丘陵山区中更为常见，我国起步较晚，尚有很多施工工艺技术问题不够成熟，甚至存在着争议，如：开挖方案的确定、中导洞的设置、各部分的施工顺序、中隔墙的稳定性保护等，基于此笔者通过所在项目广东省罗阳高速公路T3标的石主隧道（双连拱隧道）进行讲解，供相关人员借鉴与参考。

关键词：双连拱隧道;安全控制；要点分析；施工技术

1工程特点

▲平面线路流畅、占地面积少、便于运营管理。

▲断面比较大，整体跨度大（20～30m）、结构复杂

▲长度比较短（大多在600m以内）

▲施工工序多、施工难度大、效率低

▲造价高

▲开挖方案既定性——中导洞施工法，广泛采用

2双连拱隧道开挖方案

2.1中导洞施工

首先在中隔墙位置开凿中导洞，并进行临时支护，待中导洞贯通后，施工中隔墙的同时，再开挖两侧正洞。正洞开挖视围岩稳定性状况可采用全断面施工法或两侧导坑开挖法或者台阶法等。见图1.

（1）根据与中隔墙的位置关系，中导洞位置有:

对称布置:中导洞的垂直中线与中隔墙的中线重合。

缺点是当中隔墙浇筑好后，两侧的通道宽度比较狭窄，影响前方施工。

非对称布置:二者的中线相错一定距离。

两侧通道宽度不同，较宽的一侧作为施工通道，通行比较便利；较窄的一侧作回填用，可减少回填工作量。

中导洞高度相同情况下，非对称式有利于降低中隔墙位置的顶板高度，减少无效开挖量和污工充填量。因此认为，一般情况下采用非对称布置比较有利。

（2）中导洞顶板岩层稳定性的保护

中导洞最先施工，顶板岩石将受到中导洞及左右正洞开挖的多次爆破扰动，中导洞顶板的稳定是一个关键。施工的基本要求：

▲搞好光面爆破，少装药，浅孔爆破，减少初次炮震的影响，减少围岩松动范围

▲适当加强顶板支护，保证支护质量

▲施工正洞时要及时做好中隔墙的接顶

（3）中导洞的宽度与高度

宽度应根据中隔墙的宽度并考虑掘进出渣、通行及回填的要求确定。

高度主要依据中隔墙的高度以及正洞施工时的接顶要求而定。应尽量减少中隔墙顶部与中导洞顶板之间的高度，以减少污工充填。

（4）中导洞顶部的防水

中隔墙与拱结构之间存在着纵向施工缝，是隧道防水的薄弱环节，在施工中应保证防水质量。中隔墙顶部要充填密实。所有施工缝位置要设置橡胶止水带和止水条。必要时可预埋导管将渗水引至隧道底板排水沟内。

目前，比较好的作法是中隔墙分两次（三层）砌筑，两边的中隔墙（两外层）与两隧道拱墙二次衬砌一次浇筑完成，拱圈衬砌与中隔墙没有纵向施工缝，所以在结构整体受力与中隔墙防排水等方面有了根本的改善。

2.2正洞施工

（1）在中导洞贯通后利用凿岩台架钻眼，全断面一次爆破开挖两侧正洞，并进行初次支护。该法适用于比较稳定的Ⅱ、Ⅲ类围岩。而采用正台阶分层开挖，先拱后墙进行初次支护。分层数一般为2～3个。考虑到正洞支护与中隔墙的连接施工，顶层台阶的底板应低于中隔墙顶面。见图二

4中隔墙稳定

4.1受力分析

▲在正洞开挖时，中隔墙处于垂直悬臂状态。

▲隧道中墙的最不利受载时间是在开挖过程之中，并不是出现在最终完工时，。

▲中隔墙主要承受隧道左右正洞由衬砌结构传来的压力。

▲如果左右正洞同步开挖、同步衬砌，中隔墙将受到对称的外荷载，可以认为中墙是稳定的；

▲如果左右正洞非对称开挖，中隔墙就会受到来自先施工正洞的非对称压力，中隔墙的稳定性就会受到偏压影响。

▲当隧道处于傍山地段时，隧道还会受到来自右高左低（或左高右低）的上覆倾斜山体的不均衡压力，叫着山体偏压。山体偏压一般发生在浅埋地段，深埋隧道由于围岩具有“成拱作用”，其作用荷载主要来自隧道周边一定破坏范围内的岩体压力。

▲因此，中隔墙会产生倾倒力矩和水平位移，隧道底板不好时，可能还伴随有沉降。

4.2稳定措施

在双连拱隧道施工中，当采用两侧正洞不同步开挖时，为保持中隔墙的稳定和安全，根据不同的工况条件，可采取多种措施，常用的有：

（1）加侧向支撑

目的：平衡偏压。

方式：单侧支撑。单侧支撑应将其设置在先挖正洞的对侧，支撑的高度一般靠近中隔墙的上端，既可提高支撑的效果又不妨碍通行。

双侧支撑。在中隔墙的右侧底部架设。

材料：一般采用钢支撑，如钢管、钢轨等，支撑强度大，便于安装。

（2）回填。回填的主要作用是抵抗弯矩和水平位移。

单侧回填：若一侧有支撑，另一侧可进行回填，起到下部支撑的作用

双侧回填：如果不加支撑，应采用双侧回填；

回填一般采用片石混凝土，片石可用正洞开挖的渣石。

（3）两侧正洞大致同步施工、对称开挖，两掌子面不要离得太远，以使中隔墙受力及早得到平衡。

实际工程中大多采用非对称开挖，先施工一侧正洞，再施工另一侧正洞。先施工的正洞可以在贯通后再施工另一洞，也可相错一定距离交替施工。

（4）在中隔墙位置布置底板锚杆，锚杆与中隔墙钢筋连接成整体，以防止发生水平位移、抵抗倾覆。

（5）及早施做仰拱，将中隔墙基础部分加以固定，限制其发生水平位移。条件允许，应及早进行拱部衬砌，与仰拱形成一个闭合结构。

（6）在施工中隔墙时，将中导洞底板做适当卧底，增大混凝土与底板之间的摩擦力，起到阻止中隔墙水平位移的作用。

以上措施可根据具体情况单独采用或者多种联合采用。

5.通过工程实际以及对以上问题的分析

（1）中导洞宜采用非对称性布置，以方便通行和采取保持中隔墙总结目前双连拱隧道的稳定的措施。

（2）中隔墙宜在导洞全洞贯通后再施做，以提高中导洞的施工速度。

（3）中隔墙与正洞宜相错一定距离同时施工、平行作业，以缩短隧道施工期。

（4）对于正洞，在隧道承受来自右侧的偏压时，宜先施工左侧正洞；反之同理。

（5）对中墙而言,连拱隧道的对称开挖工序优于非对称开挖工序。对称开挖比非对称开挖更容易控制中墙的变形。

（6）为保持中隔墙的稳定，采用回填的方法弊多利少，最好是采用支撑法或做底法。

6.施工安全管理

隧道施工是高风险作业，我们必须要认真贯彻“安全第一，预防为主”的生产方针，严格执行各项安全技术措施，做到防患于未然，在一般地质地段施工时，主要抓好开挖、出碴、支护、衬砌、机械施工及辅助作业等环节的控制，每道工序严格按操作规程执行和专项施工安全技术方案进行施工；在不良地质地段，应严格按“超前护、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则，以确保施工安全。

6.1危险源

除了具有一般地质地段所具有的危险源以外，还存在坍塌、突泥、突水、落石、岩爆、初期支护结构出现大的垮塌。

6.2控制措施

1）软弱破碎富水围岩、岩溶地段：必须根据设计提供的的地质资料，有针对性地开展超前地质预报工作，根据超前地质预报获取的地质资料制定相应的施工方案，根据实际的地质情况及时修改施工参数。

2）膨胀岩地段：支护与围岩应紧贴，严格控制围岩变形，采用严防水、少扰动、早封闭的措施，施工期间应有专人监测，当围岩变形加速时，立即撤走人员。

3）在岩爆地段：可在掌子面钻孔、喷水释放部分应力，减弱岩爆危害。施工应有专人观测，发觉岩壁面发生响声，立即示警撤走人员。

4）施工中加强对围岩和支护体系的监控量测。当发现围岩和支护体系变形速率异常时，立即采取有效措施，情况严重时应将全部人员撤离危险区域。

5）在不良地质地段施工，必须有应急预案，储备足够的抢险急救物资设备，如准备小导管、管棚长钢管、双浆液注浆机、管棚钻机、型钢拱架、泥浆泵、水泵等。

6）先，后行隧道开挖支护监控量测稳定后尽快施工二衬，与初支联合受力。

结束语

连拱隧道施工，中墙的稳定既是一个关键性的问题，又是一个复杂的问题。围岩稳定性、施工工艺、施工方案不同，中墙的受力状况也不相同；中墙的受力状况还具有动态性，随着施工进度的不同，受力大小、稳定状态也都不一样。施工时要根据具体情况进行分析，找出中墙最不稳定的工况，计算受力大小，验算稳定性，采取有关的措施，保证工程安全。在各种措施中，认为采用回填的方式不是很好。撇开成本问题，仅从工艺来看，这种方式太麻烦，通道狭窄，回填作业不便，回填以后不长时间还要将其挖掉，对整个隧道的施工工期影响很大。另外，回填以后十分不利于人员通行和洞内通风。因此，建议应尽量不采用这种方式。

参考文献

[1]包敦利-高速公路隧道施工技术及控制要点的探讨[J].建筑工程技术与设计，2015（08）.

[2]范国铭-关于高速公路隧道施工技术及控制要点[J].民营科技，2015.（12）.

[3]刘权-高速公路隧道施工技术及控制要点探讨[J].黑龙江交通科技，2016.（02）.