雙洞連拱隧道施工技術(shù)研究

郭藝輝 吳金 池威 劉曉龍

通訊作者：郭藝輝，1994年1月，男，漢族，福建漳州人，現(xiàn)任中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司助理工程師，本科。研究方向：市政工程。

摘? ? 要：雙連拱隧道是由兩座隧道通過(guò)共用的中墻連成一體的雙洞隧道，是一種較有發(fā)展前景而且發(fā)展較快的新型隧道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有占地面積小、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，但施工過(guò)程較為復(fù)雜，技術(shù)難度高，是近年來(lái)工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文結(jié)合楊真隧道的現(xiàn)場(chǎng)情況，從總體施工方案、施工實(shí)施步驟和施工方法等幾個(gè)方面介紹了雙洞連拱隧道的修建方法，為該種類(lèi)型的隧道施工積累了知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：雙洞連拱隧道;施工工藝;三導(dǎo)洞法

一、前言

目前連拱隧道開(kāi)挖方法分為兩大類(lèi)[1～2]，一類(lèi)是以按兩個(gè)獨(dú)立單洞考慮的開(kāi)挖方法;一類(lèi)是先開(kāi)挖中導(dǎo)洞再修建中墻的開(kāi)挖法。前一類(lèi)工藝方法只適用于較好的硬質(zhì)圍巖條件，不需要單獨(dú)地開(kāi)挖中導(dǎo)洞，而中墻是在先行洞開(kāi)挖中修筑。但目前大多數(shù)連拱隧道都是屬淺埋和軟弱圍巖條件，只能按后一類(lèi)工藝方法進(jìn)行施工[3～4]，其傳統(tǒng)常用的施工方法主要有三種三導(dǎo)洞法、中導(dǎo)洞正洞臺(tái)階法、中導(dǎo)洞正洞全斷面法[5～6]。本文以三導(dǎo)洞法在楊真隧道的應(yīng)用為基礎(chǔ)介紹該工藝的具體施工過(guò)程及相關(guān)技術(shù)，為今后工程提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

二、工程概況

楊真隧道位于福建省南平市，北起內(nèi)環(huán)路與馬坑路交叉口處，南至環(huán)城路（市拖拉機(jī)廠附近）彎道處，里程為K0+070～K0+270。隧道結(jié)構(gòu)為雙洞連拱隧道，明洞采用整體式襯砌，暗洞采用復(fù)合式襯砌，隧道長(zhǎng)200 m。隧道采用雙洞布置，單洞寬度12.75 m，隧道最大埋深45.6 m。

根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3370.1-2018）表3.6.5，對(duì)隧道圍巖進(jìn)行了分類(lèi)，地層巖性特征見(jiàn)表1，整個(gè)隧道圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)。隧址地未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂帶或斷層通過(guò)，但節(jié)理裂隙密集帶通過(guò)區(qū)域透水性較好，地表水對(duì)隧道洞身段施工有一定影響。單洞正常涌水量21 m3/d，最大涌水量155 m3/d。

隧道處于鬧市區(qū)，洞口附近居民小區(qū)，房屋多，交通情況復(fù)雜（表1）。

三、總體施工方案

第一，根據(jù)楊真隧道的實(shí)際情況，隧道入口位于內(nèi)環(huán)路與馬坑路交叉口，與馬坑路形成十字燈控平交口，入口處為創(chuàng)世紀(jì)小區(qū)及其配套地下停車(chē)場(chǎng)入口通道。因此，決定采用隧道出口端向入口端單向開(kāi)挖方案，同時(shí)進(jìn)行地下停車(chē)場(chǎng)入口通道改為下穿通道施工。

第二，隧道采用中導(dǎo)洞+左右導(dǎo)洞+主洞臺(tái)階法施工。以中導(dǎo)洞為主，確保中導(dǎo)洞先貫通，兩側(cè)導(dǎo)坑為輔助施工方向。中導(dǎo)洞貫通后，從中導(dǎo)洞進(jìn)口端向出口方向澆筑中隔墻。待中隔墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并將中隔墻側(cè)面回填密實(shí)后，方可進(jìn)行主洞掘進(jìn)施工。同一端洞口左右兩側(cè)主洞掌子面間距應(yīng)大于20 m。

第三，隧道掘進(jìn)采用人工配合機(jī)械的方式，隧道洞渣采用無(wú)軌運(yùn)輸方式，隧道通風(fēng)采用壓入式機(jī)械通風(fēng)。

四、施工步驟

洞口及明洞施工（截水天溝→邊仰坡施工→明洞施工及洞門(mén)墻澆筑）→中導(dǎo)洞施工（超前地質(zhì)預(yù)報(bào)→超前支護(hù)→開(kāi)挖→臨時(shí)支護(hù)→監(jiān)控量測(cè)→中隔墻混凝土澆筑）→側(cè)導(dǎo)洞施工（大管棚施工→超前支護(hù)→側(cè)導(dǎo)開(kāi)挖→支護(hù)→監(jiān)控量測(cè)）→主洞施工（超前支護(hù)→開(kāi)挖→初期支護(hù)→監(jiān)控量測(cè)→仰拱及隧底填充→防排水施工→二次襯砌→機(jī)電、裝修及路面）。

五、施工工藝及過(guò)程

（一）開(kāi)挖

1. 中導(dǎo)洞開(kāi)挖

中導(dǎo)洞施工采用臺(tái)階法開(kāi)挖，上臺(tái)階掌子面超前3～5 m，作為施工作業(yè)平臺(tái);開(kāi)挖前先進(jìn)行小導(dǎo)管超前支護(hù)施工;中導(dǎo)洞掘進(jìn)主要以機(jī)械配合人工開(kāi)挖為主，視圍巖穩(wěn)定情況，每循環(huán)進(jìn)尺1.5 m，每0.5 m設(shè)置一道I18臨時(shí)支護(hù);初期支護(hù)采用錨、網(wǎng)、噴及鋼拱架聯(lián)合支護(hù)，緊跟掌子面及時(shí)施工。

中導(dǎo)洞開(kāi)挖循環(huán)作業(yè)時(shí)間見(jiàn)表2。

2.側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖

為防止側(cè)導(dǎo)洞初期支護(hù)暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，縮短側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)至二次襯砌的間隔時(shí)間，且隧道長(zhǎng)度較短。因此，側(cè)導(dǎo)洞在中導(dǎo)洞貫通，中隔墻施作完畢后開(kāi)始施工。右導(dǎo)洞先行開(kāi)挖施工，待右導(dǎo)洞開(kāi)挖進(jìn)尺到達(dá)8～10 m后，同步進(jìn)行左導(dǎo)洞的開(kāi)挖施工。

側(cè)導(dǎo)洞的開(kāi)挖支護(hù)方法和作業(yè)周期于中導(dǎo)洞施工相同。

3.主洞開(kāi)挖

主洞待同側(cè)側(cè)導(dǎo)洞掘進(jìn)10～15 m后開(kāi)始施工，先施工右洞，待右洞掘進(jìn)超過(guò)20 m后，再開(kāi)挖左洞。主洞施工采用臺(tái)階法。

中導(dǎo)洞、主洞（含側(cè)導(dǎo)洞）采用三導(dǎo)洞法開(kāi)挖。

洞身開(kāi)挖采用上臺(tái)階預(yù)留核心土法，以機(jī)械開(kāi)挖為主，人工配合的方式進(jìn)行。上斷面比下斷面超前20～30 m。

（二）通風(fēng)降塵及洞內(nèi)排水

隧道內(nèi)通風(fēng)采用壓入式機(jī)械通風(fēng)，通風(fēng)管采用軟質(zhì)風(fēng)管。降塵則采用灑水噴霧的方法進(jìn)行。隧道兩側(cè)應(yīng)設(shè)置排水溝，排水溝不得侵入混凝土襯砌基礎(chǔ)，并防止基礎(chǔ)被積水浸泡。施工道路應(yīng)設(shè)置橫向排水措施，確保施工道路不積水，道路暢通。

（三）裝渣運(yùn)輸

隧道施工裝渣運(yùn)輸工作采用無(wú)軌運(yùn)輸方式，主要包括棄渣的裝、運(yùn)、卸和洞外運(yùn)進(jìn)各種材料、工具、設(shè)備等。運(yùn)輸主要機(jī)械設(shè)備為裝載機(jī)和自卸汽車(chē)。

（四）支護(hù)

錨噴支護(hù)采用φ25中空注漿錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、C25噴射早強(qiáng)混凝土等支護(hù)措施。為了縮短圍巖暴露時(shí)間，抑制圍巖變形，防止圍巖在短時(shí)間內(nèi)松弛剝落，應(yīng)在掌子面開(kāi)挖后立即進(jìn)行支護(hù)施工。

1.錨桿施工

隧道錨桿采用φ25中空注漿錨桿。按照設(shè)計(jì)間距100 cm×100 cm布孔;鉆孔方向盡可能垂直于結(jié)構(gòu)面或初噴混凝土表面;成孔后采用高壓風(fēng)清孔。

2.鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)在洞外鋼筋加工場(chǎng)提前加工成型。鋼筋種類(lèi)及網(wǎng)格間距應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，按φ8鋼筋網(wǎng)20 cm×20 cm加工制作。安裝搭接長(zhǎng)度為1～2個(gè)網(wǎng)格，采用焊接方式連接。鋼筋網(wǎng)片隨噴射混凝土表面起伏鋪設(shè)。與錨桿或其他固定裝置連接牢固。

3.鋼架

本隧道均采用鋼架支護(hù)，鋼架按設(shè)計(jì)預(yù)先在洞外鋼筋加工場(chǎng)加工成型，在洞內(nèi)用螺栓連接成整體。型鋼鋼架采用冷彎成型。每榀鋼架加工完畢后放在平整地面上進(jìn)行試拼，平面翹曲度應(yīng)符合規(guī)范要求。

4.噴射混凝土

隧道初期支護(hù)噴射混凝土設(shè)計(jì)厚度為22～29 cm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25。噴射混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的要求是強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，管路不發(fā)生堵塞、噴射混凝土可向上噴射至設(shè)計(jì)厚度。

（五）二次襯砌

1. 防排水

防水層和初期支護(hù)之間的拱墻環(huán)向設(shè)置φ50單壁波紋管，縱向間距為10 m/環(huán);拱墻墻角縱向設(shè)置φ110HDPE雙壁打孔波紋管，橫向設(shè)置φ110HDPE雙壁無(wú)孔波紋管，間距為10 m/道。

防水層采用土工布與防水板分離的防水結(jié)構(gòu)，防水層的施工應(yīng)在初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后，二次襯砌澆筑前進(jìn)行。

2.二次襯砌澆筑

在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定，滿(mǎn)足條件后，進(jìn)行二次襯砌施工，二次襯砌采用全液壓襯砌臺(tái)車(chē)一次澆筑成型。

3.注漿回填

為保證初期支護(hù)與二次襯砌密實(shí)無(wú)空洞，在初期支護(hù)完成后，二次襯砌前用探地雷達(dá)對(duì)初期支護(hù)背后進(jìn)行檢測(cè)，如若發(fā)現(xiàn)空洞應(yīng)及時(shí)進(jìn)行注漿回填;二次襯砌時(shí)，每隔5 m在拱部預(yù)埋一根φ42注漿管。注漿應(yīng)在襯砌混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。注漿材料為水泥砂漿（水灰比1∶1，砂灰比2∶1），注漿從低標(biāo)高注漿孔開(kāi)始，注漿壓力不低于1 Mpa，直至高標(biāo)高拱頂注漿孔冒漿為止。

（六）施工用水及照明

施工用水由隧道出口處的邊坡頂部平臺(tái)設(shè)置的蓄水池提供，輔以水泵增壓。洞內(nèi)采用LED燈照明。

（七）隧道主體工程進(jìn)度安排

隧道主體工程計(jì)劃在15個(gè)月內(nèi)完成。

（八）施工監(jiān)測(cè)

監(jiān)控量測(cè)是為了及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)信息，并反饋到施工作業(yè)。通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)的位移、應(yīng)力監(jiān)測(cè)，及時(shí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和可靠的預(yù)測(cè)，修改支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì);對(duì)已經(jīng)開(kāi)挖、支護(hù)段的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)采取必要的補(bǔ)救措施。確保隧道安全、經(jīng)濟(jì)、快速施工。

六、結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于城市復(fù)雜環(huán)境下的雙洞連拱隧道施工尚無(wú)完善的施工規(guī)范，此類(lèi)隧道的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)較少，尚處于探索研究階段。因此，針對(duì)楊真隧道工程進(jìn)行城市復(fù)雜環(huán)境雙連拱隧道安全高效施工關(guān)鍵技術(shù)研究，具有重要的時(shí)代背景和研究?jī)r(jià)值，不僅對(duì)該工程施工的安全、進(jìn)度和質(zhì)量有所保障，也能夠得到推廣到其他類(lèi)似工程，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉波，張洪杰，劉念，王妙然.北京地鐵雙連拱隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制實(shí)例研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2012（06）：228-232.

[2]楊春.不良地質(zhì)地段雙連拱隧道施工技術(shù)研究[J].中國(guó)科技信息， 2012，000（001）：59-60.

[3]胡宸陽(yáng).城市復(fù)雜條件下雙跨連拱隧道施工力學(xué)效應(yīng)研究[D].中國(guó)鐵道科學(xué)研究院. 2014.

[4]陳青帥.城市軟巖雙連拱隧道施工力學(xué)行為研究.西南石油大學(xué). 2016.

[5]胡紅衛(wèi).公路雙連拱隧道的圍巖穩(wěn)定與施工工藝研究.昆明理工大學(xué). 2007.

[6]王志岳.廣梧高速某雙連拱隧道施工技術(shù)研究.華南理工大學(xué)， 2010.