大跨度雙連拱隧道開挖順序優(yōu)化

摘要：羅漢山隧道為雙連拱隧道，雙向八車道，凈寬2×17.5米，為目前在建的國(guó)內(nèi)乃至世界上寬度最大的公路隧道之一。本文主要敘述通過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化隧道開挖順序，在保證隧道施工質(zhì)量安全的前提下加快施工進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：連拱隧道；優(yōu)化設(shè)計(jì)；開挖及支護(hù)方案；監(jiān)控量測(cè)

1 工程簡(jiǎn)介

福州市長(zhǎng)樂國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速公路二期工程全長(zhǎng)26公里，與福州繞城高速公路機(jī)場(chǎng)連接線相接。羅漢山隧道為雙向八車道特大斷面、超淺埋、連拱隧道，左右兩側(cè)各設(shè)有三環(huán)路輔道隧道，與高速公路形成小凈距+連拱+小凈距的特大群體隧道群。隧道全長(zhǎng)248米，縱坡采用0.5%。單洞最大開挖寬度達(dá)20.81m，高度為13.811m。隧道最大埋深約為30m，最淺進(jìn)口埋深約為2m，進(jìn)口較長(zhǎng)地段偏壓明顯。

羅漢山隧道位于低山丘陵區(qū)，地表覆蓋薄層殘坡積土，進(jìn)出口基巖風(fēng)化層較厚，場(chǎng)區(qū)植被發(fā)育。隧道進(jìn)出口自然斜坡穩(wěn)定，天然坡度為10～30°。隧道場(chǎng)區(qū)表層為第四系薄層殘坡積土（Qdl），下伏基巖為燕山晚期侵入花崗巖（γ53）及其風(fēng)化層。隧道進(jìn)出口現(xiàn)有邊坡穩(wěn)定。

本隧道區(qū)地下水主要為風(fēng)化層孔隙裂隙水和基巖裂隙水，其富水性及導(dǎo)水性弱～中等，主要接受大氣降水及地下水側(cè)向補(bǔ)給，流量隨季節(jié)性影響而變化較大。

2 問題的提出及方案確定

羅漢山隧道作為雙向八車道連拱隧道，國(guó)內(nèi)沒有成熟的施工工藝，隧道施工技術(shù)規(guī)范也僅僅對(duì)雙向六車道連拱隧道的施工有指導(dǎo)性的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，羅漢山隧道施工按照雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，單洞每循環(huán)分七步開挖，順序?yàn)椋和鈧?cè)壁上導(dǎo)坑→外側(cè)壁下導(dǎo)坑→內(nèi)側(cè)壁上導(dǎo)坑→內(nèi)側(cè)壁下導(dǎo)坑→中部上臺(tái)階→中部中臺(tái)階→中部下臺(tái)階，工序多，開挖進(jìn)度緩慢。

目前鉆爆法大跨度隧道的開挖方式一般采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或CRD法，兩種方式的優(yōu)劣對(duì)比也比較明顯：

（1）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在施工過程中分步施工尺寸較小，每步隧道開挖和支護(hù)時(shí)間較短，與CRD法相比較，可以更有效地增強(qiáng)隧道圍巖自身承載能力、發(fā)揮隧道初期支護(hù)的承載能力、增加二次襯砌對(duì)隧道的安全儲(chǔ)備，且可以減弱施工過程中對(duì)中墻的不利影響。

（2）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工對(duì)隧道頂板圍巖豎向位移和地表沉降的控制比較有利；CRD法對(duì)隧道拱腰部位圍巖水平變形的控制比較有利。

（3）雙向八車道隧道拱頂圍巖下沉量較大，邊墻水平變形較??；隧道初期支護(hù)內(nèi)力在邊墻位置的內(nèi)力要大于拱頂位置的初期襯砌內(nèi)力。

根據(jù)對(duì)比對(duì)主洞開挖面進(jìn)行了優(yōu)化，減少主洞施工工序，將內(nèi)側(cè)壁下臺(tái)階和中部下臺(tái)階一起開挖，變7工序開挖為5工序開挖，即保留了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法安全性，又兼顧了CRD法施工進(jìn)度較快的性質(zhì)。

在施工過程中加強(qiáng)對(duì)隧道拱頂圍巖下沉變形的監(jiān)測(cè)，注意控制拱頂圍巖變形；初期支護(hù)施作時(shí)應(yīng)注意隧道邊墻位置的施工，確保初期支護(hù)安全有效承載。

3 監(jiān)控量測(cè)成果及數(shù)據(jù)分析

3.1 羅漢山隧道監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目

①地表下沉和邊坡位移量測(cè)

根據(jù)邊坡變形量判定開挖對(duì)邊坡變形的影響，以確定邊坡加固、隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)。

②周邊收斂量測(cè)

周邊圍巖體的穩(wěn)定性；初期支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工方法是否妥善；二次襯砌的澆注時(shí)間等

③拱頂下沉量測(cè)

監(jiān)視隧道拱頂下沉，了解斷面的變形狀態(tài)，判斷隧道拱頂?shù)姆€(wěn)定性。

3.2監(jiān)測(cè)頻率與監(jiān)測(cè)次數(shù)

參考《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042—94），監(jiān)控?cái)嗝鎳鷰r周邊位移、拱頂下沉、地表下沉等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻度與監(jiān)測(cè)次數(shù)32次。

實(shí)際測(cè)量頻率根據(jù)前幾次測(cè)量情況而定。當(dāng)觀測(cè)值相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，可適當(dāng)降低觀測(cè)頻率；當(dāng)達(dá)到報(bào)警指標(biāo)或觀測(cè)值變化速率加快或出現(xiàn)危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)。

3.3報(bào)警指標(biāo)

參考《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042—94）中對(duì)允許拱頂下沉量和允許周邊位移收斂值為0.10～0.30%。

圍巖穩(wěn)定的數(shù)據(jù)表現(xiàn)：

（a）各測(cè)試項(xiàng)目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定。

（b）已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移已達(dá)預(yù)計(jì)總位移量的80%-90%。

（c）周邊位移速率小于0.1-0.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.07-0.15mm/d。

3.4監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)。

3.4.1拱頂下沉

ZK24+670拱頂下沉累計(jì)值統(tǒng)計(jì)一覽表

羅漢山隧道監(jiān)測(cè)斷面累計(jì)拱頂下沉值（mm）變化趨勢(shì)備注

左拱頂拱頂右拱頂

ZK24+670左導(dǎo)-5.85——穩(wěn)定

ZK24+670核心—-0.66—穩(wěn)定

ZK24+670全斷面-0.36-1.62-0.50穩(wěn)定

3.4.2收斂變形

ZK24+670收斂位移累計(jì)一覽表

隧道監(jiān)測(cè)斷面累計(jì)收斂值（mm）變化趨勢(shì)備注

ABACBC

羅漢山隧道右洞ZK24+6701.29-0.151.67穩(wěn)定

3.4.3邊坡位移量測(cè)

羅漢山隧道出口邊坡累計(jì)位移量統(tǒng)計(jì)一覽表

測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移量（mm）起測(cè)日期截止日期備注

XYZ矢量和

P1-2.9016.75-4.4517.572008-1-222008-11-25

P2-10.0518.20-20.7529.372008-1-222009-4-21

P3-9.1515.80-13.6022.772008-1-222009-4-21

P4-8.9010.95-19.3523.952008-1-222009-4-21

P5-11.5029.10-97.00101.922008-1-222009-4-21

說明：所有測(cè)點(diǎn)均由于位移變化已經(jīng)穩(wěn)定而停測(cè)。

4 結(jié)論

優(yōu)化后的開挖施工工序，經(jīng)過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，完全切實(shí)可行，不但克服了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工作面多，進(jìn)度緩慢，大型機(jī)械難以發(fā)揮自身功效的弊端，縮短了工期，還為為項(xiàng)目取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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