大跨径偏压连拱隧道施工方法研究

大跨径偏压连拱隧道施工方法研究

杨玉

广东长宏公路工程有限公司511325

摘要：双连拱隧道具有浅埋、偏压、大跨径等特点，且该种隧道地质情况复杂、软弱，因此，在施工过程中存在技术难度高，施工风险大。本文通过介绍广贺高速一条连拱式隧道（沙塘坑隧道）的施工实例,详细阐述大跨度偏压连拱隧道的施工方法。

关键词：大跨径偏压连拱隧道施工方法

引言

双连拱隧道具有接线难度小、占地少、环保、洞口位置选择自由度大的特点，在高速公路短隧道设计中已普遍采用。但双连拱隧道同时又具有浅埋、偏压、大跨径等特点，且该种隧道地质情况复杂、软弱，因此，在施工过程中存在技术难度高，施工风险大。本文通过介绍广贺高速沙塘坑连拱式隧道的施工实例，详细阐述大跨度偏压连拱隧道的施工方法。

1.1工程概况

沙塘坑隧道为双跨连拱式隧道，全长215m。隧道建筑限界净宽31.1(14.0×2.0＋3.1)m，内轮廓净高7.65m，内轮廓净宽14.55m。单洞采用三心圆曲墙式衬砌段面，采用复合式曲中隔墙结构。隧道走向呈南东-北西向展布，山顶高程约95m，最大埋深约43m。隧道平面线型为直线，纵断面线型为+1.53%和-1.6%的单人字坡,变坡点桩号为K48+460。隧道在斜坡下进洞，洞口地形右低左高，受自然坑影响，进洞后有一段偏压浅埋隧道段。隧道在沟谷中出洞，洞口地形中间低，两侧高。

隧道进洞口段为17米的明洞结构，出洞口段为15米的明洞结构，均采用削竹式洞门，洞口段通过反压回填和植被恢复，使洞口自然景观尽量恢复。暗洞进出口段由于地形偏压严重且埋深较浅，采用先施工长管棚套拱结构，然后反压回填后，实现暗洞开挖。

1.2工程特点和技术难点

1.该隧道为双连拱隧道，施工采用三导坑先墙后拱法施工。由于地质条件较差，岩体破碎，溶蚀发育，空间效应明显，可能引起塌方、地面沉降等事故，施工中对地质情况按每30m进行了地质钻探预报，并加强施工过程中的监控量测工作，以便为施工提供指导性依据。

2.该隧道为浅埋隧道，偏压严重，施工顺序非常关键，是整座隧道施工成败的关键。

1.3总体施工顺序

图2.1双联拱隧道施工顺序断面图

1.4施工工艺

1.4.1洞口边仰坡开挖及支护

边仰坡的施工应在截水沟施工完成后进行。施工顺序为：截水沟施工→机械刷坡→人工清坡→坡面锚杆施工→挂钢筋网→喷射混凝土→填耕植土、植草→养护。

洞口位置由于围岩较弱，开挖时尽量避免了大开大挖，减少了土体的扰动；截水沟的先行施工，截断了山体的流水，减少了地面水对边坡的冲刷；开挖面采用及时喷锚封闭，对山体的稳定形成了很好的效果。

1.4.2长管棚超前支护

洞口采用长管棚进行支护，长管棚长度40m，对洞顶软弱岩层进行了预加固，对安全进洞形成了保护作用。超前长管棚采用φ108mm、壁厚6mm热扎无缝钢管施工顺序为：施工准备、人工清理土体、预留核心土→施作套拱、安装φ127mm导向管→安设钻机、钻孔→清孔、孔口密封处理→拌浆→注浆至达到要求→进入下一根。

长管棚施工时预留了核心土，充分保证了坡脚的稳定性。

1.4.3中导坑开挖支护及中隔墙施工

中导洞顺利贯通是双连拱隧道成功的关键。先从出口端将中导洞开挖至K48+400，再改由进口端开挖并使其贯通。中导坑V、IV级围岩采用上下短台阶法进行开挖施工，III级围岩采用全断面爆破开挖，初期支护采用锚、网、喷及钢拱架联合支护，紧跟开挖面及时施作。中导洞贯通后，自隧道K48+400处向进口和出口方向进行中隔墙砼浇注，中隔墙衬砌钢筋采用现场绑扎，自制整体式液压钢模台车整体衬砌，按每两天一循环，每循环10m施作。台车就位后，利用中导洞钢架支护，对衬砌台车稳定性定位加固后，进行浇筑砼施工。

中隔墙是双连拱隧道整个结构中的主要承重结构，是整个施工过程中受力体系转换的支点。为防止后续施工对中隔墙产生过大的弯矩而发生变形和破坏，采取了以下措施进行了预防和处理：

①中隔墙顶部采用浆砌片石进行回填，并采用注浆进行顶部密实，使顶部与原有围岩密贴，起到强有力的支撑作用。

②中隔墙基础采用D25中空注浆锚杆进行注浆加固，减小了地基沉降对施工的影响。

右侧导坑施工时，在中隔墙左侧增加了横向支撑，使山体偏压产生的横向推力得到强有力的支撑，减小了侧导坑岩体内部应力，使右洞开挖施工更加安全。

④中隔墙顶部设置了充分的排水管道，使墙顶水压得到了充分的释放。

1.4.4前置式明洞施工

明洞施工采用前置式工法，为保证施工安全，增设了临时明洞衬砌，采用临时边坡，通过嵌槽施作临时衬砌后反压回填，保障洞口边仰坡的临时稳定，然后在临时衬砌的掩护下实现暗洞开挖。主要工序为：临时衬砌→侧导坑开挖及初次支护→主洞开挖及初次支护→仰拱施工→仰拱回填→明洞二次衬砌施工→明洞段防水施工→洞顶回填及绿化。

前置式工法的采用，对洞口的生态环境进行了有效的保护，降低了进洞安全风险。

1.4.5侧导坑开挖与支护

侧导坑开挖从出口端开始，先开挖右洞侧导坑，开挖前,对开挖段中隔墙左侧相对应里程段反方向边进行原木支顶,V级围岩采用5排原木支撑,纵向间距50cm梅花型布置,IV级围岩采用3排原木支撑,纵向间距80cm梅花型布置。

1.4.6主洞开挖与支护

V级围岩以人工风镐开挖为主，挖掘机扒渣，铲运机装渣，自卸汽车运输的方式施工。根据围岩稳定情况，每循环进尺V级围岩0.75m；V级围岩段每天施工两循环，循环作业时间见下表

表1V级围岩主洞上台阶掘进作业循环时间表(每循环进尺0.75m)

IV级围岩以松动爆破开挖为主，铲运机装渣，自卸汽车运输的方式施工。根据围岩稳定情况，每循环进尺1.2m；IV级围岩段每天施工两循环，循环作业时间见下表：

表2IV级围岩主洞上台阶掘进作业循环时间表(每循环进尺1.2m)

1.4.7防水板的铺挂

防水板施工要点：①固定防水板时，根据明洞衬砌面的平整度将防水板预留一定的富余量，以防过紧而被衬砼挤破。②为使防水板接头联接良好，防水板每环铺设长度比衬砌长度长0.5～1m，以利接头联接施工。③防水板接缝和衬砌施工缝错开0.5～1m为宜。④防水板铺设好后，尽快灌注砼。⑤软岩地段砼衬砌紧跟开挖面时，衬砌端部预留防水板接头须采取防护措施，防止掌子面爆破时，飞石砸破防水板。⑥衬砌加强钢筋安装、各种预埋件设置、挡头板安装，以及泵送砼等工序作业中要防止破坏防水板。

1.4.8二次衬砌施工

二次衬砌采用模板台车进行模筑法进行施工，施作时间应在围岩和锚杆支护变形基本稳定后进行。具体应满足下列要求：(1)各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；(2)已产生的各项位移预计总位移量的80%～90%；(3)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。

根据开挖的顺序及施工工艺的要求，二次衬砌的施工顺序为：进口端左侧明洞衬砌→进口端右侧明洞衬砌→右洞洞身衬砌至贯通点→进口端右侧明洞衬砌→右洞洞身衬砌→左侧明洞衬砌→左洞洞身衬砌。

二衬台车采用9m的钢制台车，先墙后拱一次浇完，中间不留工作缝。

1.5监控量测

现场监控量测是监视围岩稳定，判断支护、衬砌结构设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段；同时为施工中可能有的工程变更提供科学依据。因此，隧道施工时开展监控量测具有十分重要的意义。

施工过程中采用的监控量测包括：①地质超前预报；②掌子面地质索描；洞内水平收敛；④拱顶下沉量测；⑤地表沉降观测；⑥围岩及拱架应力监测等。

监控量测采用的仪器主要为水准仪、全站仪、收敛计、应力计等，对监测的数据及时进行了回归分析，对指导该隧道的开挖施工起到了很好的指导意义。

结束语

针对沙塘坑隧道的主要特点，施工过程中严格按照设计要求，遵循新奥法施工原理，以超前地质预报、监控量测为手段，按照“短进尺、弱爆破、快封闭、强支护、紧衬砌”的原则，施工过程确保了安全和工程质量，节约了施工成本，彰显了社会效益。与其它隧道常规施工工艺相比，具有比较明显的技术优势和安全优势。中隔墙的墙顶加固和横向支撑具备技术新颖的特点；隧道洞门采用前置式工法进行施工，避免了山体的切削和大量植被破坏；三导坑开挖施工工艺的采用，使山体应力在各个施工阶段释放和传递路径明确，安全威胁小。结果表明，沙塘坑隧道的施工技术方案是科学合理的，是大跨径、偏压双连拱隧道一个成功的典型案例，对类似工程、建设生态高速公路具有一定的借鉴意义。

参考文献:

[1]弓天云.《公路隧道施工技术规范》.[s].中交一公路工程局有限公司.2009(9).

[2]杨东杰.《公路隧道施工》.[M].中国电力出版社.2010(2).

[3]杨林德.《公路施工手册:隧道》.[M].人民交通出版社.2011(7).

[4]钱东升.《公路隧道施工技术》.[M].人民交通出版社.2003(1).