刘家湾双连拱隧道施工技术探讨

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

　　摘要：河南省宛坪高速公路B12标刘家湾隧道全长220米的双拱连体隧道,论文对该大跨径连拱隧道开挖过程中工程事例的分析，结合设计、施工方面的经验教训。主要对连拱隧道的地质构造情况、围岩特点、施工方法等方面作以阐述，并重点探讨了侧壁导坑开挖法在施工中的优劣，旨在对以后同类型工程提供一些参考。

　　关键词：连拱隧道，施工方法，中隔墙，侧壁导坑

　　Abstract: WanPing henan province highway B12 standard LiuGuWan tunnel length of 220 m double arch conjoined twins tunnel, the paper long-span multiple-arch tunnel excavation process engineering example analysis, design and construction of the lessons learned. Main connecting-arch tunnel of geological structure, features and construction method of surrounding rock in such aspects as to elaborate, and discusses the lateral wall DaoKeng excavation method in the construction of the advantages and disadvantages, aim to provide some similar engineering after reference.

　　Keywords: multiple-arch tunnel, the construction methods, the middle wall, wall DaoKeng

　　中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：

　　随着我国高速公路的建设的迅速发展，双连拱隧道以其平面线形顺畅，外型设计美观、连接线难度小、利于环境保护等特点，在线路不便分离的情况下逐步受到设计单位的青睐，并越来越多地被采用。但由于连拱隧道整体跨度较大、结构复杂;不但施工难度大，而且造价较高。尤其是我国在90年代以后才逐步将“新奥法”运用到连拱隧道的施工中，在这一方面建设起步较晚，因而目前设计、施工的难度较大，存在的问题较多。刘家湾隧道位于西峡县黑漆河村刘家湾东侧，进口桩号K77+005，出口桩号K77+225，隧道长220米。隧道原设计K77+005-K77+025明洞，K77+025-K77+222段暗洞结构，K7+222-K77+225段为明洞。隧道按双洞单向行车双跨连拱断面设计，净宽14.0米。论文对该大跨径连拱隧道开挖过程中工程事例的分析，结合设计、施工方面的经验教训。主要对连拱隧道的地质构造情况、围岩特点、施工方法等方面作以阐述，并重点探讨了侧壁导坑开挖法在施工中的优劣，旨在对以后同类型工程提供一些参考。

　　1 刘家湾隧道工程地质条件

　　1.1地形地貌

　　刘家湾隧址属秦岭构造带东段，隧道进出口山体段被残坡积物覆盖，局部可见基岩裸露，为长期风化剥蚀作用形成的中低山地貌。各隧道附近“V”字型冲沟发育，隧道地面相对高差在30—100m之间，隧址区地下水以基岩裂隙水为主，赋水相对贫乏，主要由大气降水补给。

　　1.2围岩特点

　　隧道处于山间谷地交汇处，隧道所穿过地段山体陡峭，起伏较大，影响到围岩类别的变化。隧道的埋深为：浅埋→深埋→浅埋;围岩类别走向为：II类浅埋→II类深埋→III类深埋→II类深埋→II类浅埋。II类强风化岩体节理裂隙极发育，呈微张状，岩体破碎，呈碎石状松散结构;III类弱-微风化岩体，节理发育，呈闭合状，岩体较破碎，呈块石状压碎结构。依据JTJ064—98公路工程地质勘察规范，II、III类围岩的力学参数

　　1.3 岩层性质与构造特点

　　隧址分布的地层主要为石盆系沙湾组(D2-3SH)二云石英片岩，上部灰黄色—灰绿色，中下部灰黑色—青灰色，粒状变晶结构，片状构造。节理裂隙发育，裂隙间间距一般为10cm—30cm左右，且有钙质胶结的砂岩与泥质砂岩的夹层，倾斜产状，倾角较缓，围岩类别II、III类。岩层软硬互层，形成鱼骨状结构，开挖后稳定性差，多组发育的节理结构面组合易在拱顶及侧壁形成不稳定楔形体。

　　2 施工方法

　　连拱隧道采用三导洞先墙后拱法施工，II、III类围岩段合理控制三个导洞作业之间间距，即中导洞开挖及支护→中隔墙施工→左、右侧壁导洞开挖及支护→左、右正洞开挖及支护→洞内防排水施工→仰拱及二次衬砌施工。

　　2.1.施工准备

　　先开挖进出口明洞部分，至暗洞里程后将仰坡开挖完毕，并做好洞顶截水沟，然后进行坡面防护。坡面防护采用挂网锚喷砼，锚杆采用ф22砂浆锚杆(长度3 m,间距1m)，呈梅花形布设，钢筋网采用φ8钢筋(间距0.2m)。进行坡面防护的目的，一是稳定仰坡，防止其下滑或坠落石块，保证施工人员及设备的安全;二是加固洞顶围岩，保证暗洞开挖的顺利进行。

　　施工方法为：中导洞开挖及支护→中隔墙衬砌(中导洞贯通后进行)→右洞上半断面开挖及支护(中隔墙衬砌完成后进行)→右洞下半断面开挖及支护(右洞上半断面贯通后进行)→右洞仰拱衬砌及填充(与右洞下半断面开挖面保持60m以上的距离)→右洞全断面衬砌→左洞上半断面开挖及支护(与右洞上半断面开挖面保持20m以上的距离)→左洞下半断面开挖及支护(左洞上半断面贯通后进行)→左洞仰拱衬砌及填充(与左洞下半断面开挖面保持60m上的距离)→左洞全断面衬砌→明洞衬砌及隧道附属工程施工。主要施工方案见图1所示。

　　2.2.施工方法

　　2.2.1.中导洞施工及中隔墙衬砌

　　中导洞采用全断面开挖，人工操作凿岩机钻眼，光面爆破，装载机配合自卸车出碴。临时支护紧跟开挖面。Ⅲ类围岩地段超前支护采用ф22砂浆锚杆，锚杆长度4.0m，环向间距0.3m～0.5m，搭接长度1m,锚固砂浆达到设计强度的70%后再进行开挖。Ш类围岩地段是否采用超前支护视围岩情况而定，当围岩相对较好时可不采用。临时支护采用锚喷支护，锚杆采用ф22砂浆锚杆，长度2m，纵环向间距1.2m×1.2m(呈梅花形布置)，然后喷射0.1m厚20#砼。

　　中隔墙衬砌在中导洞贯通后进行，衬砌在暗洞的进出口同时向内进行，这样做是保证中隔墙衬砌结束后，洞口段中隔墙衬砌砼已达到设计强度，可立即进行主洞开挖，衬砌用墙架选用14#工字钢制作，模板采用组合钢模板，砼上料采用自动计量装置,800L强制式搅拌机拌合,砼运输采用泵送,插入式振捣器振捣.这里需注意的是中隔墙墙顶砼与围岩间充填必须紧密,如不紧密要进行压浆处理.衬砌这程中要注意有关的预埋件的埋设。

　　2.2.2.主洞开挖及支护

　　主洞开挖光面爆破的设计方案→右洞上半断面开挖及支护→左洞上半断面开挖及支护(与右洞上半断面工作面相距20m以上)→右洞下半断面开挖及支护(右洞上半断面开挖及支护完成后进行)→左洞下半断面开挖及支护(左洞上半断面开挖及支护完成后进行)。无论是上半断面还是下半断面均采用全断面开挖。开挖时用人工操作凿岩机钻眼，光面爆破。由于中导洞已开挖，靠中隔墙自由面较大。光面爆破非常简单(如下图所示)Ⅱ类围岩设计。装载机配合自卸车出碴，初期支护紧跟开挖面。这里需注意的是：下半断面开挖时要将仰拱底部一次性开挖完毕。

　　初期支护采用14#工字钢拱架和锚喷支护结合的方法。本隧道全部采用工字钢拱架，Ⅱ类围岩两榀间距为0.5m,Ⅲ类围岩两榀间距为1m。钢拱架在安装前清除底脚处的虚碴，在开挖面组装，每节用连接螺栓拧固。钢拱架立起后，根据中线、高程将之校正到正确位置，控制其垂直度在±　20之内。然后沿底脚两边每隔2m同时用对口楔子将钢架与围岩间楔紧,相连两榀拱架用φ22钢筋纵向连接(间距1m)。由于本隧道采取上下断面分部开挖的方法， 所以，拱架不能一次拼装、架立，在上半断面底部留有连接部份，待下导坑开挖后，连接成整榀。

　　2.3围岩量测

　　主要进行地质及支护状况观察和围岩周边位移量测。地质及支护状况观察在隧道每次爆破后和初喷后通过肉眼观察、地质罗盘测量和锤击检查，描述和记录围岩地质情况、岩层产状、裂隙、溶洞、地下水以及支护效果，对围岩稳定性进行评价，判断围岩类别是否与设计相符，必要时拍照，测量地下水流量。每一量测断面要有一张记录。

　　围岩周边位移量测：在预设点的断面,隧道开挖爆破以后,尽可能早地沿着隧道周边的拱顶、拱腰和边墙部分埋设球头测桩。测桩埋深在35cm左右，钻孔直径同锚杆，用快凝混水泥或早强锚固剂固定，测桩球头需设保护罩。采用钢尺式周边收敛计量测周边收敛变形(如上图一所示)。隧道洞门洞身Ⅱ、Ⅲ类围岩地段各设若干个量测断面;断面间距为25～40m。根据周边位移收敛量测成果，利用非线性函数回归程序TUGR对其进行多项回归计算，周边位移和拱顶下沉数值以及相应的日变化速率都相对较小，变形已呈收敛趋势。

　　拱顶下沉测量：拱顶下沉量测是周边位移量测的补充,在周边位移量测同一断面的拱顶中轴线处1个带挂钩的锚桩,锚桩的埋设要求与周边收敛计测桩相同。用高精度的水准仪、钢尺量测拱顶下沉或采用SWJ-Ⅱ、Ⅲ型周边位移收敛计量测(上图一所示)。由图六的几何关系，可计算出隧道拱顶下沉量和周边位移收敛值。如图所示，从拱顶下沉量测成果来看，拱顶下沉的数值总体较小，且日变化速率较小，其它断面也与此类似。

　　刘家庄隧道初期支护位移量测对量测数据的分析表明,初期支护的位移、变形具有以下特点：

　　(1)净空变形没有超过了《公路设计规范》所提出的参考允许值，实测最大水平位移为20mm，最大拱顶下沉量为10mm ;

　　(2)上弧开挖跨度大,但其初期支护的位移、变形量却明显小于。最大水平位移和拱顶下沉量分别为30mm和25 mm 。

　　(3)仰拱混凝土的封闭能及时有效地控制围岩变形的发展及变形速率的增长。

　　3. 刘家庄隧道施工探讨

　　3.1 施工工艺探讨

　　刘家庄双连整体式隧道是控制工期工程，如何在保证安全和质量的前提下加快工程进度，保证总工期，是值得深入研究的一个问题。如何加快施工进度，从根本上说要从施工工艺和施工方法上来分析。通过岩峰隧道施工，回过头来仔细思考一下，从中能找出一些可以改善的地方。比如说：中导洞的宽度可适当加大一些(或者使中导洞中线偏于中隔墙左侧或右侧一定距离)，当中导洞开挖一定距离后，中隔墙可跟进施工;主洞开挖时，上半断面和下半断面错开3m左右同时施工，装碴设备换成挖掘机，挖掘机在下半断面就可将上半断面的碴清除，这种施工方法已接近全断面开挖，能大大加快施工进度。

　　3.2 确保施工安全的工程措施

　　由于双连整体式隧道的薄弱点是中隔墙及以上部分围岩，加之隧道地质还部分存在不可预见性，支护如不紧跟开挖面，开挖时就可能造成左右洞连通的情况，处理起来非常困难。同时，双连整体式隧道，中隔墙部位采用微震预裂爆破方法开挖，较好地控制了超欠挖，减少了施工中的不安全因素，保证了施工质量。及时地进行现场量测，充分利用围岩量测技术，可以有效地防止塌方的发生，保证支护稳定和施工安全。

　　4. 结束语

　　论文结合对宛坪高速公路B12标刘家湾典型的大跨径连拱隧道实际施工，浅谈了大跨径连拱隧道的施工技术。由于此类型隧道在国内施工较少，刘家湾隧道的成功方案对隧道工程的设计和施工有积极的借鉴意见。

　　参 考 文 献

　　[1] 中华人民共和国交通部，公路隧道设计规范JTG D70-2004，北京：人民交通出版社，2004

　　[2] 于学馥，郑颖人，刘怀恒.地下工程围岩稳定分析.北京：煤炭工业出版社，1983

　　[3] 孙钧.地下工程设计理论与实践.上海:上海科学技术出版社，1996

　　[4] 李晓红著.隧道新奥法及其量测技术.北京：科学出版社，2002

　　[5] 钟桂彤主编.铁路隧道.北京：中国铁道出版社，1996