大跨度双连拱隧道开挖顺序优化

大跨度双连拱隧道开挖顺序优化

王天明1张旭2

王天明1张旭2

1.中交二公局萌兴工程有限公司西安市710119；

2.南阳市交通基本建设工程质量监督站河南南阳473000

摘要：罗汉山隧道为双连拱隧道，双向八车道，净宽2×17.5米，为目前在建的国内乃至世界上宽度最大的公路隧道之一。本文主要叙述通过监控量测数据分析，优化隧道开挖顺序，在保证隧道施工质量安全的前提下加快施工进度。

关键词：连拱隧道；优化设计；开挖及支护方案；监控量测

1工程简介

福州市长乐国际机场高速公路二期工程全长26公里，与福州绕城高速公路机场连接线相接。罗汉山隧道为双向八车道特大断面、超浅埋、连拱隧道，左右两侧各设有三环路辅道隧道，与高速公路形成小净距＋连拱＋小净距的特大群体隧道群。隧道全长248米，纵坡采用0.5%。单洞最大开挖宽度达20.81m，高度为13.811m。隧道最大埋深约为30m，最浅进口埋深约为2m，进口较长地段偏压明显。

罗汉山隧道位于低山丘陵区，地表覆盖薄层残坡积土，进出口基岩风化层较厚，场区植被发育。隧道进出口自然斜坡稳定，天然坡度为10~30°。隧道场区表层为第四系薄层残坡积土（Qdl），下伏基岩为燕山晚期侵入花岗岩（γ53）及其风化层。隧道进出口现有边坡稳定。

本隧道区地下水主要为风化层孔隙裂隙水和基岩裂隙水，其富水性及导水性弱~中等，主要接受大气降水及地下水侧向补给，流量随季节性影响而变化较大。

2问题的提出及方案确定

罗汉山隧道作为双向八车道连拱隧道，国内没有成熟的施工工艺，隧道施工技术规范也仅仅对双向六车道连拱隧道的施工有指导性的要求。根据设计要求，罗汉山隧道施工按照双侧壁导坑法进行施工，单洞每循环分七步开挖，顺序为：外侧壁上导坑→外侧壁下导坑→内侧壁上导坑→内侧壁下导坑→中部上台阶→中部中台阶→中部下台阶，工序多，开挖进度缓慢。

目前钻爆法大跨度隧道的开挖方式一般采用双侧壁导坑法或CRD法，两种方式的优劣对比也比较明显：

（1）双侧壁导坑法在施工过程中分步施工尺寸较小，每步隧道开挖和支护时间较短，与CRD法相比较，可以更有效地增强隧道围岩自身承载能力、发挥隧道初期支护的承载能力、增加二次衬砌对隧道的安全储备，且可以减弱施工过程中对中墙的不利影响。

（2）双侧壁导坑法施工对隧道顶板围岩竖向位移和地表沉降的控制比较有利；CRD法对隧道拱腰部位围岩水平变形的控制比较有利。

（3）双向八车道隧道拱顶围岩下沉量较大，边墙水平变形较小；隧道初期支护内力在边墙位置的内力要大于拱顶位置的初期衬砌内力。

根据对比对主洞开挖面进行了优化，减少主洞施工工序，将内侧壁下台阶和中部下台阶一起开挖，变7工序开挖为5工序开挖，即保留了双侧壁导坑法安全性，又兼顾了CRD法施工进度较快的性质。

在施工过程中加强对隧道拱顶围岩下沉变形的监测，注意控制拱顶围岩变形；初期支护施作时应注意隧道边墙位置的施工，确保初期支护安全有效承载。

3监控量测成果及数据分析

3.1罗汉山隧道监控量测项目

①地表下沉和边坡位移量测

根据边坡变形量判定开挖对边坡变形的影响，以确定边坡加固、隧道支护结构。

②周边收敛量测

周边围岩体的稳定性；初期支护的设计与施工方法是否妥善；二次衬砌的浇注时间等

③拱顶下沉量测

监视隧道拱顶下沉，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性。

3.2监测频率与监测次数

参考《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—94），监控断面围岩周边位移、拱顶下沉、地表下沉等监测项目的监测频度与监测次数32次。

实际测量频率根据前几次测量情况而定。当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标或观测值变化速率加快或出现危险事故征兆时，应加密观测。

3.3报警指标

参考《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—94）中对允许拱顶下沉量和允许周边位移收敛值为0.10～0.30%。

围岩稳定的数据表现：

（a）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定。

（b）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%-90%。

（c）周边位移速率小于0.1-0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07-0.15mm/d。

3.4监控量测数据。

3.4.1拱顶下沉

ZK24+670拱顶下沉累计值统计一览表

说明：所有测点均由于位移变化已经稳定而停测。

4结论

优化后的开挖施工工序，经过监控量测数据分析，完全切实可行，不但克服了双侧壁导坑法施工工作面多，进度缓慢，大型机械难以发挥自身功效的弊端，缩短了工期，还为为项目取得良好的经济效益。

参考文献：

[1]JTJ026-90，公路隧道设计规范[S].

[2]JTJ042-94，公路隧道施工规范[S].

[3]许崇帮，夏才初，朱合华.双向八车道连拱隧道施工方案优化分析.岩石力学与工程学报，2009，Vol.28（1）：66-73.