復(fù)雜環(huán)境下雙連拱隧道下穿城市主干道快速施工方法

董浩偉

（中鐵一局集團(tuán)有限公司，西安710054）

1 工程概況

廈門第二西通道（海滄隧道）工程A3 標(biāo)段下穿興湖路城市主干道雙連拱隧道全長240m，進(jìn)出口與明挖矩形隧道連接，為陸域段關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，如圖1 所示。隧道進(jìn)口位于興湖路北側(cè)邊坡，出口臨近興湖路南側(cè)地下停車場，隧道埋深約5～12m，以30°夾角下穿興湖路，穿路段長65m，既有Φ1.2m 承插式給水干管橫穿興湖路，位于隧道拱頂上方8m 位置，施工期間不但要嚴(yán)格洞內(nèi)變形控制，同時(shí)還要保證既有路面、穿路管線及周邊敏感建筑安全受控，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

隧道圍巖以V 級(jí)圍巖為主，洞頂為雜填土，洞身以全~強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為主，夾雜微風(fēng)化花崗巖孤石，自穩(wěn)能力極差。地下水以松散巖類孔隙水、基巖裂隙水為主，間歇性補(bǔ)給。

圖1 雙連拱隧道結(jié)構(gòu)圖

2 施工方案

本隧道設(shè)計(jì)方案為4#工作井獨(dú)頭掘進(jìn)，5#井輔助出洞，工作井頂板預(yù)留出渣和進(jìn)料孔洞，隧道施工采用三導(dǎo)洞+上臺(tái)階CD 法。實(shí)際施工過程受市政管線遷改滯后影響，原施工方案無法滿足工期要求，經(jīng)參建各方及專家討論，對(duì)原施工方案進(jìn)行了以下調(diào)整優(yōu)化。

2.1 工作井提升改水平運(yùn)輸

調(diào)整工作井頂板及預(yù)留明挖段施工順序，先施工工作井底板、側(cè)墻及端墻，利用工作井底板至明挖基坑外原地面標(biāo)高形成10%坡度施工便道。在保證基坑穩(wěn)定的基礎(chǔ)上調(diào)整原垂直提升為水平運(yùn)輸，提前開始雙連拱隧道進(jìn)洞施工。

為保證擬調(diào)整方案安全實(shí)施，通過ANSYS 建模分析了基坑開挖拉槽、工作井施工支撐體系轉(zhuǎn)換及三導(dǎo)洞破樁進(jìn)洞工序?qū)又误w系及地表沉降的影響（見圖2）。

圖2 工作井及導(dǎo)洞進(jìn)洞支撐體系受力分析

分析結(jié)果顯示，施工期間基坑內(nèi)支撐應(yīng)力逐漸增大，最大值由4.5MPa 增加到4.7MPa；導(dǎo)洞破樁開挖對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)X方向位移影響相對(duì)較小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系滿足受力及變形控制要求；地表累計(jì)沉降2~5mm，滿足沉降控制要求。

2.2 導(dǎo)洞超前止水加固

超前導(dǎo)洞施工過程，掌子面伴隨有裂隙水滲出，全風(fēng)化花崗巖開挖擾動(dòng)后，中下臺(tái)階預(yù)留核心土遇水軟化成流塑狀，初支施做后變形大，仰拱封閉成環(huán)后仍出現(xiàn)持續(xù)出現(xiàn)蠕動(dòng)沉降、收斂等現(xiàn)象[1]。

綜合參建各方意見后，現(xiàn)場采用導(dǎo)洞帷幕注漿改良隧道導(dǎo)洞、主洞開挖輪廓范圍及隧道基底土體控制變形，在導(dǎo)洞施工墻體過程預(yù)留洞內(nèi)降水井、排水設(shè)施，為主洞施工提前做好圍巖改良和降排水工作。

2.3 主洞上臺(tái)階快速封閉

主洞原方案采用CD 法開挖，各施工步距按5m 控制，二層格柵初支在中臺(tái)階開挖前施做，工作面干擾大，工序轉(zhuǎn)化復(fù)雜。為提高主洞施工效率，盡快完成雙層初支閉環(huán)，在超前導(dǎo)洞對(duì)主洞開挖輪廓及隧底超前進(jìn)行了加固和降排水處理的基礎(chǔ)上，結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反饋，對(duì)主洞開挖方案進(jìn)行了以下優(yōu)化：（1）取消臨時(shí)仰拱采用上臺(tái)階臨時(shí)中隔壁法施工；（2）左、右導(dǎo)坑環(huán)形開挖預(yù)留核心土，左主洞先施工左側(cè)導(dǎo)坑，右主洞先施工右側(cè)導(dǎo)洞，主洞內(nèi)左右導(dǎo)坑步距按5m 控制，拱腳落于中隔墻及側(cè)墻預(yù)留位置，提前完成“扣拱”閉環(huán)作業(yè)；（3）二層格柵拱架緊跟掌子面施工，掌子面與二層初支步距按10m 以內(nèi)控制，提前完成上臺(tái)階貫通，然后進(jìn)行中下臺(tái)階及仰拱開挖施工作業(yè)；（4）左、右主洞緊鄰中隔墻兩側(cè)導(dǎo)坑步距按5m 控制[2]。

該方案采用ANSYS 有限元程序模擬驗(yàn)證，用二維梁單元Beam3 模擬初期支護(hù)，第一層支護(hù)與第二層支護(hù)接觸采用二維桿單元Link10 模擬，土體荷載按埋深15m 計(jì)算。

通過對(duì)雙層支護(hù)體系模擬分析：（1）一層初支結(jié)構(gòu)軸力在外側(cè)拱腳處最大值為872kN；彎矩在拱頂處內(nèi)側(cè)受拉最大值為12.79kN·m；結(jié)構(gòu)外側(cè)拱腳處安全系數(shù)最小值為5.69；（2）二層初支結(jié)構(gòu)軸力在外側(cè)拱腳最大值為1258.5kN；彎矩中隔墻處最大值為70.953kN·m，結(jié)構(gòu)外側(cè)拱腳處安全系數(shù)最小值為5.69，均滿足安全系數(shù)最小值2.4 的要求（見圖3）。

圖3 雙層初支體系受力分析

3 取得效果

取得效果有：（1）改變傳統(tǒng)工作井垂直吊裝為水平運(yùn)輸，減少垂直吊裝設(shè)備投入的同時(shí)運(yùn)輸效率提升30%；（2）超前導(dǎo)洞施工過程中采取的帷幕注漿加固及預(yù)留降排水措施，解決導(dǎo)洞不良地質(zhì)問題的同時(shí)為主洞開挖施工提前改良了土體；（3）主洞開挖改變了傳統(tǒng)雙連拱隧道施工步序，充分發(fā)揮雙層初支體系作用，提前貫通上臺(tái)階，中下臺(tái)階、仰拱施工實(shí)現(xiàn)雙向掘進(jìn)。

本隧道于2018 年8 月正式開始導(dǎo)洞施工，2019 年7 月開始主洞施工，2020 年3 月完成貫通，預(yù)計(jì)2020 年6 月完成隧道土建施工。原計(jì)劃工期36 個(gè)月，實(shí)際工期22 個(gè)月，主洞進(jìn)度指標(biāo)達(dá)45m/月。洞內(nèi)變形、既有路面、穿路管線及周邊敏感建筑監(jiān)測數(shù)據(jù)受控。該方法在簡化傳統(tǒng)雙連拱隧道復(fù)雜施工程序的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新了復(fù)雜環(huán)境下雙連拱隧道快速施工方法，安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了雙連拱隧道下穿興湖路城市主干道施工任務(wù)，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)與參考。