隧道喇叭口及大跨段施工技術(shù)

劉輝

摘 要：毛羽山隧道進(jìn)口段喇叭口斷面特殊，不同斷面間過(guò)渡段多，在前期施工中對(duì)隧道圍巖特性作了詳細(xì)研究后制定了小間距兩單線隧道、連拱隧道及大跨隧道段的開挖順序及施工方案，以及不同隧道斷面之間進(jìn)行過(guò)渡的復(fù)雜施工方案，對(duì)于跨度大、圍巖軟弱及構(gòu)造復(fù)雜的高風(fēng)險(xiǎn)隧道段，詳細(xì)闡述了開挖及支護(hù)方案，為以后類似鐵路隧道斷面施工提供了一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)尉€隧道；雙連拱隧道；大跨隧道；臺(tái)階法；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào)

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（C）-0000-00

0 引言

近年來(lái)隨著高速鐵路的快速發(fā)展，雙線大跨隧道設(shè)計(jì)越來(lái)越多，對(duì)于隧道施工技術(shù)提出了更高的要求，特別是車站與隧道相連時(shí)，設(shè)計(jì)一般為喇叭口及大跨斷面，斷面變化大，再加上隧道口圍巖相對(duì)較差，無(wú)疑增加了施工難度。因此，高鐵隧道喇叭口及大跨段施工方案的探討和實(shí)踐應(yīng)用非常重要，對(duì)于提高施工質(zhì)量及施工安全、加快施工進(jìn)度，降低施工成本均有一定意義。本文針對(duì)毛羽山隧道進(jìn)口段特殊斷面方案制定及應(yīng)用效果進(jìn)行探討。

1 工程概況

蘭渝鐵路毛羽山隧道全長(zhǎng)8504m。進(jìn)口段受宕昌車站進(jìn)洞的影響，設(shè)計(jì)為喇叭口隧道。平面布置見(jiàn)圖1。

根據(jù)隧道進(jìn)口已施工段揭示，該段地層巖性屬于高地應(yīng)力軟巖地段，地層以三疊系薄層炭質(zhì)板巖為主，巖層直立，走向與洞軸線呈小夾角，對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較大，邊墻自穩(wěn)能力差，且易發(fā)生軟巖大變形或坍塌情況，尤其是線間距較小的兩單地段、雙連拱、大跨地段，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度極大。

按照毛羽山隧道喇叭口及大跨段調(diào)整后的布置形式，由于兩單間凈間距越來(lái)越小，施工影響越來(lái)越大，為保證施工和結(jié)構(gòu)安全，對(duì)DK278+566～+900段隧道進(jìn)行了專項(xiàng)設(shè)計(jì)，可依次劃分為兩單線段（DK278+566～+660、DyK278+524～+660）、連拱段（DK278+660～+720）及大跨段（DK278+720～+900）。

2 施工方案

2.1 兩單線地段

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，單線隧道采用三臺(tái)階法施工，左線隧道DK278+566～+660段先行施工，先行段采用雙層襯砌結(jié)構(gòu)，外層襯砌為主要受力結(jié)構(gòu)，內(nèi)層襯砌視為預(yù)留補(bǔ)強(qiáng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變形、收斂等情況考慮施作的必要性及施作時(shí)機(jī)。右線隧道DyK278+524～+660段開挖滯后左線第一層二襯，滯后左線掌子面約75m。

對(duì)于高地應(yīng)力軟巖大變形段，采用三臺(tái)階（微臺(tái)階）仰拱快速封閉法進(jìn)行開挖，三臺(tái)階同步推進(jìn)，初支仰拱及時(shí)封閉成環(huán)。三臺(tái)階法開挖見(jiàn)圖2。

施工要點(diǎn)：

（1）五個(gè)作業(yè)點(diǎn)（上臺(tái)階1個(gè)，中臺(tái)階2個(gè)，下臺(tái)階2個(gè)）同時(shí)推進(jìn)；利用中臺(tái)階出渣的同時(shí)，上臺(tái)階開始立架施工，待出渣完成，中下臺(tái)階開始立架時(shí)，上臺(tái)階噴漿，然后中下臺(tái)階同時(shí)噴漿；

（2）仰拱緊跟下臺(tái)階，有工作長(zhǎng)度就及時(shí)施作，確保初支及時(shí)封閉控制變形，同時(shí)二襯緊跟；

（3）仰拱距掌子面距離不得大于35m，二襯距掌子面距離不得大于70m。

2.2 雙連拱段

雙連拱DK278+660～+720段采用中導(dǎo)洞法施工。施工時(shí)先施工中導(dǎo)洞，中導(dǎo)洞貫通后，從里向外倒退施作中隔墻，中隔墻施作完成后及時(shí)將其兩側(cè)空洞用沙袋回填反壓密實(shí)。待回填完成后開挖施作先行側(cè)隧道，再開挖另一側(cè)，完成后及時(shí)二次襯砌。施工順序見(jiàn)圖3。

2.2.1 單線向中導(dǎo)洞過(guò)渡

待單線小間距隧道左線隧道開挖至DK278+655（距離連拱端頭5m距離）、右線開挖至DyK278+650時(shí)，掌子面均停止掘進(jìn)，并分別跟進(jìn)仰拱和二襯。待左側(cè)仰拱施工至掌子面DK278+655，開始采用中導(dǎo)洞斷面向兩線間弧形過(guò)渡，過(guò)渡平面見(jiàn)圖4。

施工要點(diǎn)：

（1）在左線DK278+655隧道左邊墻處，中導(dǎo)洞右邊線以隧道左線中線夾角為36°往右線方向掘進(jìn)，掘進(jìn)至DyK278+662，然后開始沿著線路中線前行；

（2）左邊線從距隧道左邊墻2.3m處以隧道左線中線夾角為36°往左線方向掘進(jìn)6m后，按曲率半徑為15m的圓弧線往前過(guò)渡，過(guò)渡段長(zhǎng)8.5m。中導(dǎo)洞的隧底標(biāo)高為正洞隧底鋪底面下144cm。

2.2.2 中導(dǎo)洞施工

中導(dǎo)洞采用上下臺(tái)階法開挖，開挖完成后，由里向外依次澆注中隔墻（從DK278+720向DK278+660）。

2.2.3 左右洞開挖、支護(hù)及二襯

中隔墻澆注完成后，為防止在正洞開挖過(guò)程中導(dǎo)致中隔墻傾覆，開始回填中導(dǎo)洞，然后左右洞分別開挖支護(hù)，完成后澆注兩側(cè)二襯混凝土。施工步驟如圖3所示。

2.3 大跨地段

DK278+720～+900段屬超大斷面隧道，共分三種斷面形式：

（1）DK278+720～+765段加寬6m斷面，開挖寬度21.86m，開挖高度17m；

（2）DK278+765～+810段加寬4.4m，開挖寬度20.06m，開挖高度15.9m；

（3）DK278+810～+900段加寬2.9m，開挖寬度18.36m，開挖高度14.83m；該段最大跨度18.16～21.66m，高17m。

該段隧道跨度大、圍巖軟弱、構(gòu)造復(fù)雜、高地應(yīng)力水平屬高～極高狀態(tài)，施工組織復(fù)雜、施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，施工時(shí)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工。

2.3.1 大跨段施工順序

從連拱端頭開始縱向20m范圍找頂，形成3.6m長(zhǎng)的全斷面工作面，再采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法向重慶方向開挖大跨，完成后反向擴(kuò)挖20m的找頂段。大跨段施工時(shí)左、右側(cè)壁導(dǎo)坑超前采用兩臺(tái)階法，中柱滯后采用三臺(tái)階法開挖。施工順序詳見(jiàn)圖5。

2.3.2 大跨段找頂施工

連拱和最大跨段拱頂高差為4.35m，同時(shí)兩拱頂不在同一縱軸線上。為降低找頂難度，先從連拱縱向爬坡20m找到連拱對(duì)應(yīng)的大跨邊界，再橫向弧形爬坡找到大跨頂，形成工作面。連拱和大跨交界處見(jiàn)圖6。

施工方案如下：

（1）在連拱段仰拱全部完成，二襯兩側(cè)均施工55m后，按照?qǐng)D7中a圖斷面形式進(jìn)行縱向找頂施工。臨時(shí)導(dǎo)洞斷面凈空位：7m×5.72m，超前支護(hù)采用φ42的小導(dǎo)管，間距40cm，長(zhǎng)度3m；支護(hù)采用I20b，1榀/0.6m，噴射混凝土厚27cm；鎖腳采用φ22的砂漿錨桿，1榀/8根，長(zhǎng)4m；

（2）找頂?shù)轿?，爬坡長(zhǎng)度20m，高度3.6m，縱坡18%；

（3）找頂?shù)轿缓?，按照?qǐng)D7中c圖斷面形式向前平坡開挖3.6m的超前洞室。洞室的支護(hù)結(jié)構(gòu)和找頂洞室一樣；

（4）按照?qǐng)D7中a圖斷面和支護(hù)結(jié)構(gòu)完成圖7中d圖運(yùn)輸通道的開挖支護(hù)；

（5）從超前導(dǎo)洞的位置垂直線路方向沿大跨外輪廓環(huán)向弧形找頂。弧形坑道開挖寬度3.6m，高度5.8m，每次進(jìn)尺2榀；支護(hù)采用I22b門型鋼架，1榀/0.6m，縱向連接采用[10，間距1米，噴射混凝土30cm厚，鎖腳采用φ22砂漿錨桿，每榀12根；

（6）按照設(shè)計(jì)施作系統(tǒng)注漿錨管；完成后開始在門架內(nèi)側(cè)安裝6榀大跨段上臺(tái)階的H200支護(hù)鋼架，間距1榀/0.6m，并按照設(shè)計(jì)施作鎖腳錨桿和噴射混凝土；

（7）從超前導(dǎo)洞的位置垂直線路方向開挖中臺(tái)階，順接門式鋼，加橫撐；并及時(shí)施作中臺(tái)階初期支護(hù)；

（8）從超前導(dǎo)洞的位置垂直線路方向開挖下臺(tái)階，順接門式鋼，加橫撐；并及時(shí)施作下臺(tái)階初期支護(hù)；

（9）分部開挖仰拱，順接門架，封閉結(jié)構(gòu)鋼架，并及時(shí)澆注仰拱和填充混凝土；

（10）找頂完成，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，拆除門架，讓大跨初期支護(hù)受力，為下一步正常開挖提供工作面。

2.3.3 大跨段開挖、支護(hù)

大跨段隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工。施工工序見(jiàn)圖8。

施工步驟如下：

（1）在超前支護(hù)保護(hù)下，開挖左側(cè)上、下臺(tái)階，即①、②部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（根據(jù)鋼架間距確定），并及時(shí)施作初期支護(hù)及臨時(shí)底撐，確保封閉成環(huán)。施工時(shí)①部超前②部3m，方向自DK278+740向至DK278+900；

（2）在滯后左側(cè)側(cè)壁②部5m后，在超前支護(hù)保護(hù)下，開挖右側(cè)上、下臺(tái)階，即③、④部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（結(jié)合鋼架間距確定），并及時(shí)施作初期支護(hù)及臨時(shí)底撐，確保封閉成環(huán)。施工時(shí)③部超前④部3m，方向自DK278+740向DK278+900；

（3）待④部超前3m后，在超前支護(hù)保護(hù)下，開挖中導(dǎo)洞左上臺(tái)階，即⑤部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（結(jié)合鋼架間距確定），并及時(shí)施作初期支護(hù)；

（4）待⑤部超前3m后，在超前支護(hù)保護(hù)下，開挖中導(dǎo)洞右上臺(tái)階，即⑥部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（結(jié)合鋼架間距確定），并及時(shí)施作初期支護(hù)；

（5）待⑥部超前3m后，開挖中導(dǎo)洞中臺(tái)階，即⑦部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（結(jié)合鋼架間距確定），并及時(shí)施作初期支護(hù)及臨時(shí)橫撐；

（6）待⑦部超前3m后，開挖中導(dǎo)洞下臺(tái)階，即⑧部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（結(jié)合鋼架間距確定），并及時(shí)施作初期支護(hù)；

（7）待⑧部超前3m后，開挖左側(cè)導(dǎo)洞仰拱，即⑨部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（結(jié)合鋼架間距確定），并及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)及接長(zhǎng)臨時(shí)豎撐，確保封閉成環(huán)；

（8）待⑨部超前3m后，開挖右側(cè)導(dǎo)洞仰拱，即⑩部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（結(jié)合鋼架間距確定），并及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)及接長(zhǎng)臨時(shí)豎撐，確保封閉成環(huán)；

（9）待⑩部超前3m后，開挖中部仰拱，即

部，每次開挖長(zhǎng)度為0.6～0.8m（結(jié)合鋼架間距確定），并及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)，確保封閉成環(huán)；

（10）待 部仰拱初期支護(hù)施作完成后，及時(shí)施作仰拱及仰拱回填；

（11）待隧道成洞長(zhǎng)度8～10m時(shí)，拆除臨時(shí)支護(hù)噴混凝土及鋼架。一次拆除長(zhǎng)度控制在10m以內(nèi)。拆除臨時(shí)支撐，及時(shí)施作第一層襯砌；

（12）待第一層襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%時(shí)及時(shí)施作第二層襯砌；

（13）隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“支護(hù)超前、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則；

（14）拱腳及墻腳處鋼架打設(shè)鎖腳錨桿，確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定；

（15）根據(jù)施工時(shí)的實(shí)際情況，必要時(shí)對(duì)掌子面噴射C25混凝土進(jìn)行封閉。

2.3.4 大跨段襯砌施工

由于大跨段斷面變化比較頻繁（三種斷面進(jìn)行過(guò)渡，分別為標(biāo)準(zhǔn)斷面加寬6m、4.4m、2.9m），因此，采用剛度和強(qiáng)度大、方便拆裝的專用臺(tái)車進(jìn)行襯砌（臺(tái)車長(zhǎng)10m）。為確保施工安全，待仰拱封閉長(zhǎng)度可以滿足臺(tái)車拼裝后及時(shí)拼裝臺(tái)車，進(jìn)行二襯施工。

大跨段二次襯砌采用主副門架法，主門架結(jié)構(gòu)保持不變，副門架根據(jù)斷面變化調(diào)整尺寸，從而減少門架拆裝工作量，提高工作效率，有利于襯砌結(jié)構(gòu)安全。施工順序?yàn)閺拇髷嗝嫦蛐嗝媸┕ぃ从蒁K278+740向DK278+900施工。

施工時(shí)當(dāng)?shù)谝患訉挾问┕ね戤吅?，拆除模板，解除主副門架鎖定，移動(dòng)主門架至第二加寬段，拼裝副門架，完成主副門架連接，最后安裝模板（主副門架采用同一種材質(zhì)，連接靈活、牢固）。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的施工，兩單線及雙聯(lián)拱段已經(jīng)順利施工完成。在施工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)初支開裂、大變形或換拱等安全質(zhì)量事故。大跨段的左、右側(cè)壁導(dǎo)坑已施工至正常斷面處，其它工序正按照上述施工方案有條不紊的進(jìn)行著。實(shí)踐證明毛羽山隧道喇叭口及大跨段的施工方案是基本符合毛羽山隧道施工現(xiàn)場(chǎng)。

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