淺談雙連拱隧道施工技術(shù)與施工方法

李艷明

（中鐵建十八局國際工程公司，天津 300222）

淺談雙連拱隧道施工技術(shù)與施工方法

李艷明

（中鐵建十八局國際工程公司，天津 300222）

隨著高速公路和城市道路建設(shè)的發(fā)展，雙連拱隧道由于其不僅能滿足上、下行車分離的要求，而且具有接線難度小、占地少、環(huán)境保護(hù)好，在平面線路、洞口位置等選擇的自由度大的特點(diǎn)，在500m以下的短隧道設(shè)計(jì)中已普遍采用.在施工過程中，雙連拱隧道施工方法主要為三導(dǎo)洞分步施工法、中導(dǎo)洞施工法、單洞施工法、雙洞全斷面半行施工法.

雙連拱隧道；新奧法；挪威法；施工方法

據(jù)文獻(xiàn)報導(dǎo)，雙連拱隧道于1974年在日本伊祖隧道首次被采用[4]，后來在一些歐美國家也被先后采用，我國是20世紀(jì)90年代陸續(xù)開始采用，隨著高速公路和城市道路建設(shè)的發(fā)展，雙連拱隧道作為隧道類型中的一種，由于其不僅能滿足上、下行車分離的要求，而且具有接線難度小、占地少、環(huán)境保護(hù)好，在平面線路、洞口位置等選擇的自由度大的特點(diǎn)，在500m以下的短隧道設(shè)計(jì)巾已普遍采用.但是由于雙連拱大跨度隧道在受力分析上存在許多不利因素，在施工技術(shù)和施工方法上還不完善，尚處于摸索和積累經(jīng)驗(yàn)階段，因此其施工難度是很大的.

國內(nèi)單洞隧道施工技術(shù)已十分成熟，而雙連拱隧道因其受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可供借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)還不多，其施工技術(shù)和施工方法尚在探討和摸索之中.本文將根據(jù)目前雙連拱隧道的發(fā)展?fàn)顩r淺談其施工技術(shù)與施工方法.

1 雙連拱隧道的施工技術(shù)

經(jīng)過各國隧道建設(shè)的實(shí)踐，目前國內(nèi)外廣泛采用的隧道施工技術(shù)主要有新奧法和挪威法.相對而言，新奧法更適用于軟至中硬巖隧道，而挪威法更適用于中硬至硬巖隧道. 1.1 新奧法施工技術(shù).新奧法（NATM）是新奧地利隧道施工方法的簡稱,在我國常把新奧法稱為“錨噴構(gòu)筑法”.是于20世紀(jì)70年代末期經(jīng)過日本傳人我國的，經(jīng)過近30年的實(shí)踐，已成為目前我國隧道施工的主導(dǎo)方法，不管硬巖還是軟巖，大都采用新奧法.但同時也發(fā)現(xiàn)了新奧法在中硬至硬巖隧道建設(shè)中的嚴(yán)重不足，如開挖量大、建設(shè)成本高、維修困難等.

新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用,采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段,對圍巖進(jìn)行加固,約束圍巖的松弛和變形,并通過對圍巖和支護(hù)的量測、監(jiān)控,指導(dǎo)地下工程的設(shè)計(jì)施工.使用此方法進(jìn)行施工時，對于巖石地層，可采用分步或全斷面一次開挖，錨噴支護(hù)和錨噴支護(hù)復(fù)合襯砌，必要時可做二次襯砌；對于土質(zhì)地層，一般需對地層進(jìn)行加固后再開挖支護(hù)、襯砌，在有地下水的條件下必須降水后方可施工.

采用新奧法時要掌握3個基本點(diǎn)：（1）圍巖是隧道穩(wěn)定的基本部分，支護(hù)是為了與圍巖共同形成能自身穩(wěn)定的“承載圈”或支承單元，應(yīng)盡量維護(hù)圍巖體的強(qiáng)度性能，盡量減少對圍巖的擾動；（2）支護(hù)和襯砌要薄且具有柔性，并與圍巖緊密貼合，使因受彎曲而發(fā)生破壞的可能性達(dá)到最小.主要采用錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼支撐等支護(hù)為主進(jìn)行加固；（3）正確地估計(jì)圍巖特性及其隨時間的變化，進(jìn)行必要的監(jiān)控量測，根據(jù)圍巖分類，自穩(wěn)時間和位移變形速率等參數(shù)，選擇最適宜的支護(hù)參數(shù).

采用新奧法施工要求整個施工過程必須進(jìn)行監(jiān)控量測，通過監(jiān)控量測得出圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載—變形—時間特性，監(jiān)視施工狀態(tài)，控制圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，并及時采取措施，保證隧道施工能安全地進(jìn)行.

采用該方法修建地下隧道時，對地面干擾小，工程投資也相對較小，已經(jīng)積累了比較成熟的施工經(jīng)驗(yàn)，工程質(zhì)量也可以得到較好的保證.新奧法廣泛應(yīng)用于山嶺隧道、城市地鐵、地下貯庫、地下廠房、礦山巷道等地下工程.

1.2 挪威法施工技術(shù).由于施工快速、建設(shè)成本和維修成本低等特點(diǎn)，挪威法已在國外，特別是西方國家得到廣泛應(yīng)用，被證明為一種非常有效的隧道施工方法.

挪威法在有些理念方面與新奧法很相似，如都強(qiáng)調(diào)巖體自身的承載作用，支護(hù)只是輔助手段.但很多方面有較大的區(qū)別，挪威法特別重視施工前的地質(zhì)勘探(兩次)，約占總費(fèi)用的3%～5%，挪威法由于無需超前地質(zhì)預(yù)報，大大減少原型觀測工作，不采用二次襯砌，使得建設(shè)總成本大大降低(20%～30%)，同時減少了大量施工工序，可實(shí)現(xiàn)快速施工.采用可自立式錨桿和鋼纖維混凝土，實(shí)現(xiàn)安全快速施工.特別是挪威法采用自立式防水層，由于無二次襯砌，防水板漏水時可局部修補(bǔ)，維修非常方便，維修費(fèi)用低，且不影響運(yùn)營.另外，挪威法具有一整套表格和經(jīng)驗(yàn)公式供具體實(shí)施，可操作性強(qiáng).因此，在中硬至硬巖隧道中，挪威法較新奧法具有無可比擬的優(yōu)越性.

挪威法強(qiáng)調(diào)爆破后工程師在掌子面進(jìn)行地質(zhì)觀測，并根據(jù)觀測結(jié)果進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，做到真正意義上的動態(tài)施工和信息化實(shí)施，使支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理.挪威隧道施工方法是一種真正意義上的動態(tài)施工和信息化施工.強(qiáng)調(diào)每次爆破后對掌子面附近的地質(zhì)情況進(jìn)行觀察和描述，計(jì)算出巖石質(zhì)量Q值，并根據(jù)Q值及現(xiàn)場觀測結(jié)果進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).雖然風(fēng)險分享系統(tǒng)及其他施工管理也是挪威法的特色，但從技術(shù)層面來看，挪威法的特色更在于它的圍巖分類系統(tǒng)(Q值法)和離散單元法的應(yīng)用.

2 雙連拱隧道施工方法的種類

目前雙連拱隧道施工方法歸納起來可分為4種：(1)三導(dǎo)洞分步施工法；(2)中導(dǎo)洞施工法；(3)單洞施工法；(4)雙洞全斷面半行施工法.

2.1 三導(dǎo)洞分步施工法.三導(dǎo)洞分步施工法其工序流程為：(1)中導(dǎo)洞開挖及支護(hù)；(2)中隔墻襯砌；(3)左導(dǎo)洞開挖及支護(hù)；(4)左側(cè)邊墻襯砌；(5)右導(dǎo)洞開挖及支護(hù)；(6)右側(cè)邊墻襯砌；(7)左洞上半斷面開挖及支護(hù)；(8)左洞拱部襯砌；(9)右洞上半斷面開挖及支護(hù)；(10)右洞拱部襯砌；(11)左洞下半斷面開挖及仰拱襯砌；(12)右洞下半斷面開挖及仰拱襯砌.

這種施工方法采用三導(dǎo)洞分步施工法，安全可靠，特別是很好地處理了左、右洞拱部施工由不對稱性到左、右洞拱部施工完畢后的對稱結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，確保了結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全.對于地質(zhì)情況很差、埋深較淺的軟弱圍巖(I類、Ⅱ類)，采用三導(dǎo)洞分步施工法比較穩(wěn)妥.但由于施工工序多，對圍巖和已建結(jié)構(gòu)存在多次擾動，不同部位襯砌間隔時間長，使得施工縫更加明顯.而且拱墻襯砌分步施工，防水系統(tǒng)施工質(zhì)量難以保證，特別是中墻頂處易出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象.從經(jīng)濟(jì)上考慮，由丁多導(dǎo)洞開挖和支護(hù)，加大了成本，隧道造價高；由于多導(dǎo)洞施工工序多，施工工序分步多，施工斷面小，不利于大型機(jī)械作業(yè)，工期較長.

2.2 中導(dǎo)洞施工法.對于Ⅲ類或Ⅲ類以上圍巖，可以考慮不設(shè)兩側(cè)導(dǎo)洞，而是中導(dǎo)洞中墻施工后，直接進(jìn)行左、有正洞的開挖，正洞開挖方法可采取全斷面法、正臺階法等.中導(dǎo)洞施工法其工序流程為：(1)中導(dǎo)洞開挖及支護(hù)；(2)中隔墻澆筑；(3)左洞開挖及初期支護(hù)；(4)左洞二次襯砌；(5)右洞開挖及初期支護(hù)；(6)右洞二次襯砌.

相對三導(dǎo)洞分步施工法，采用中導(dǎo)洞施工法減少了兩個邊導(dǎo)洞的施工，拱墻采取整體一次襯砌；工序較簡單，機(jī)械化程度較高，臨時支護(hù)工作量減少，施工進(jìn)度較快，節(jié)約投資；而且中導(dǎo)洞先施工，也起到了超前探明隧道地質(zhì)情況的作用，為左、右正洞施工創(chuàng)造了條件.

2.3 單洞施工法.單洞施工法的工序流程為：(1)左洞開挖、初期支護(hù)及中墻澆筑；(2)左洞二次襯砌；(3)右洞開挖及初期支護(hù)；(4)右洞二次襯砌.對單個隧道而占其施工技術(shù)已經(jīng)很成熟，根據(jù)圍巖情況可采用全斷面法、正臺階法和其他分步施工方法(如CRD法、眼鏡法等)，因此單洞施工法適用范圍比較廣.施工中左、右洞按單洞前后錯開施工.

采用單洞施工法要注意如下內(nèi)容：(1)對于先施工的單洞，中墻部分也一并開挖支護(hù)和襯砌，中墻頂部圍巖應(yīng)根據(jù)具體情況加強(qiáng)支護(hù).(2)中墻頂部采用錨桿與圍巖連接，給先施工的洞室提供支持力，保待結(jié)構(gòu)平衡.(3)后施工的單洞則應(yīng)特別注意不對稱受力的影響.后開挖的單洞，最好采用上、下臺階分步開挖，尤其要嚴(yán)格控制下臺階的開挖長度，下臺階開挖后要及時做二次襯砌，最大限度地縮短不對稱結(jié)構(gòu)，確保結(jié)構(gòu)在時間和空間上的安全性.原則上，后開挖的洞要在先開挖的洞施工完主體結(jié)構(gòu)后才能進(jìn)行，尤其是要在仰拱施工完后，使之形成閉合受力結(jié)構(gòu)；后開挖的洞，在開挖靠中墻部分的圍巖時，可以通過控制爆破，減少對中墻的破壞.下臺階開挖時可采取先施工遠(yuǎn)離中墻一側(cè)圍巖，增加靠中墻一側(cè)圍巖的爆破臨空面.

單洞施工法減少了工序，降低了對圍巖的擾動，縮短了全斷面結(jié)構(gòu)建成時間；同時采取單洞防排水系統(tǒng)，保證了防水、排水施工質(zhì)量；減少了導(dǎo)坑開挖支護(hù)，降低工程造價；工程進(jìn)度快，工期較短.

2.4 雙洞平行施工法.雙洞平行施工法工序流程為：(1)左、右洞開挖及初期支護(hù)；(2)中墻開挖及中墻襯砌；(3)中墻頂部開挖及支護(hù)；(4)左、右洞襯砌.

雙洞平行施工法開挖左、右洞時，要特別注意中隔墻巖柱的穩(wěn)定，使之能平衡左、右洞圍巖傳遞來的應(yīng)力.開挖中隔墻巖柱采取跳槽式開挖，開挖長度控制在4～5m左右，開挖前采用長錨桿加固中隔墻頂部圍巖，開挖后要立即進(jìn)行中墻襯砌和左、右洞二次襯砌.

這種施工方法保留中墻巖柱，左、右正洞同步掘進(jìn)，施工工序簡單，結(jié)構(gòu)受力傳遞明確，襯砌完整性較好，施工進(jìn)度快.該施工方法適用于圍巖穩(wěn)定性好的硬巖隧道，對于軟土隧道施工，安全難以保證，不宜使用.由于襯砌工序不宜落后開挖點(diǎn)過長(不宜超過30m)，工序干擾大.

3 幾點(diǎn)體會和建議

3.1 當(dāng)前和今后很長一段時間，我國將修建大量的隧道和地下工程，雙連拱隧道的修建量大大增加.因此在有必要引進(jìn)和推廣當(dāng)今世界上廣泛采用的挪威施工方法，徹底改變我國目前中硬至硬巖隧道仍采用新奧法這一極不合理的局面.

3.2 從以上4種施工方法中可以看出：雙連拱隧道施工其核心在于中墻的施工，中墻是整個隧道受力轉(zhuǎn)換和受力平衡的支撐點(diǎn)，各種施工方法也都是圍繞著中墻施工來進(jìn)行.

3.3 中墻頂防水處理是雙連拱隧道防排水的關(guān)鍵，通過施工實(shí)踐表明，采取按兩個單洞獨(dú)立設(shè)置防排水系統(tǒng)更加合理可靠，很好地解決了中墻頂滲漏問題.

3.4 采取大斷面施工是目前雙連拱隧道施工的發(fā)展趨勢，而雙連拱隧道大多處在淺埋、偏壓地質(zhì)條件下，因此認(rèn)真做好超前預(yù)支護(hù)對雙連拱隧道施工十分重要，必要時采取預(yù)注漿等措施加固地層和改良地層，充分調(diào)動和利用圍巖的自承作用，減少對圍巖的擾動.

3.5 在圍巖稍好的情況下,雙連拱隧道正洞施工采用下導(dǎo)超前的全斷面法比較合適.雙跨連拱結(jié)構(gòu)跨度大，開挖時采取多次爆破加大了對圍巖和已建結(jié)構(gòu)的擾動和破壞，也不符合充分利用圍巖自承作用的新奧法原理；而采取下導(dǎo)適度超前施工，增加了全斷面開挖的臨空面，減少了爆破用藥量，大大減弱了爆破對圍巖的破壞.

〔1〕李健清.雙連拱隧道施工方法探討.公路，2005.

〔2〕張治國.雙連拱隧道施工技術(shù)探討.建筑與工程，2008.

〔3〕田如金.雙連拱隧道施工問題研究.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008.

〔4〕秦榮旺.雙連拱隧道施工方法淺析.中國水運(yùn),2008:129.

U455.4

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1673-260X（2010）05-0114-02