連拱隧道中導洞與正洞平行施工應用

【摘要】近年來，隨著我國公路建設的快速發(fā)展，連拱隧道作為公路隧道的一種結構形式，由于其平面線型順暢、占地面積小、適用于地形復雜，尤其是在山區(qū)高速修建短隧道（隧道長≤ 500m）中，具有較大優(yōu)勢而常被采用。相對其他形式連拱隧道施工工序復雜，導致施工周期較長，且質量難以控制，因此根據(jù)不同的工程情況優(yōu)化科學合理開挖方法顯得尤為重要。

【關鍵詞】連拱隧道;導洞與正洞;平行施工

Application of parallel construction of pilot tunnel and main tunnel in multi arch tunnel

【Abstract】 in recent years， with the rapid development of highway construction in China， multi arch tunnel， as a structural form of highway tunnel， is often used because of its smooth plane line， small floor area and complex terrain， especially in the construction of short tunnels in mountainous areas （tunnel length ≤ 500m）. Compared with other forms of multi arch tunnel， the construction process is complex， resulting in a long construction period and difficult quality control. Therefore， it is particularly important to optimize the scientific and reasonable excavation method according to different engineering conditions.

【Key words】multi arch tunnel; Pilot tunnel and main tunnel; Parallel construction

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.065

1、項目概況

104國道西過境平陽段改建工程PPP項目位于浙江省溫州市平陽縣，起點樁號K14+021.264，終點樁號K21+933，總長7.912km。涉及隧道7座，長隧道1座，中短隧道6座，其中分離式隧道5座，連體式隧道2座。本項目合同工期36個月，造價10.4億元。

東山隧道位于溫州平陽縣梅溪社區(qū)東側，進口在梅溪社區(qū)至水亭的鄉(xiāng)村道路邊上，出口位于梅溪社區(qū)的邊上。本隧道的起點樁號K20+519，終點樁號K20+800，隧道總長281m，為連拱隧道，隧道全長281（明洞8m，半明半暗10m，暗洞263）m。經(jīng)項目施工技術人員反復討論、研究和實驗，提出了“中導洞與正洞平行施工”的施工方案。項目采用后，縮短了各工序之間平行作業(yè)的時間、大大縮短了施工周期、降低了施工成本、施工效果良好，具有很強實用性。經(jīng)測算，節(jié)省施工費用約114萬元，經(jīng)濟效益明顯。

2、特點

提高功效，縮短工期。相對于傳統(tǒng)連拱隧道施工工藝：中導洞貫通、中隔墻澆筑、主洞施工三道工序進行科學合理的編排，由傳統(tǒng)工藝中按順序獨立施工變成三道工序進行平行作業(yè)，提高了各工序之間平行作業(yè)的時間，大大縮短了隧道整體工期。

節(jié)約施工成本。由于工期的縮短，大大減低了隧道施工的全過程施工成本。

3、適用范圍

適用于具備雙向掘進條件，地質圍巖情況良好無特殊地質情況的連拱隧道開挖施工。

4、工藝原理

采用中導洞與正洞平行的方法進行施工。中導洞開挖前應按設計要求對地表及邊仰坡范圍進行加固防護。待防護到位后進行中導洞開挖、支護至Ⅳ級圍巖段或地質圍巖情況良好處停止施工，并采用噴射混凝土封閉中導洞掌子面，距掌子面30m處開始向進洞口方向施做中隔墻。同時由出洞口進行中導洞開挖、支護。當進洞口端中隔墻施工完成并達到設計強度，開始進行進洞口端護拱施工、正洞施工，使中導洞開挖與正洞開挖工序進行平行作業(yè)，提高了各工序之間平行作業(yè)的時間，大大提高了功效，縮短了隧道整體施工工期，節(jié)約了成本。

5、施工工藝流程及操作要點

5.1施工工藝流程

5.1.1 施工工藝總體流程

（1）中導洞開挖前按設計要求對地表及仰坡進行加固防護;（2）進洞口端中導洞開挖支護150m暫停進口端開挖支護工作，采用噴射混凝土封閉其掌子面防止掌子面發(fā)生巖體發(fā)生松弛，開挖、支護人員至出洞口端進行開挖支護（相對中導洞雙向開挖節(jié)約一半人員）;（3）進洞口中隔墻先期施工120米，預留30m防止貫通時損傷中隔墻，由靠近掌子面處向洞口施作，方便混凝土及鋼筋運輸作業(yè);（4）待進洞口處中隔墻滿足設計強度時開始施做先行洞護拱及管棚;（5）管棚注漿強度達到設計強度后進行主洞開挖及支護;（6）待先行洞開挖支護50米后，開始后行洞開挖及支護（主洞開挖的先后次序、開挖方式應根據(jù)圍巖強度、埋深、有無偏壓等條件制定專項施工方案）;（7）出洞口端中導洞開挖至貫通后由洞內向洞外施作剩余中隔墻;（8）待出洞口處中隔墻滿足設計強度時開始施作出洞口護拱及管棚。

5.2施工周期對比

說明：常規(guī)施工施工準備工作15天，中導洞貫通88天，中隔墻澆筑81天，護拱施工25天，主洞開挖132天，合計341天。本方案實施準備工作15天，中導洞施工50天，中隔墻澆筑40天，護拱施工25天，主洞開挖132天（與中導洞開挖、中隔墻澆筑平行施工），合計262天。節(jié)約工期79天。

5.3操作要點

5.3.1中導洞開挖及初期支護

因中導洞開挖與主洞洞身開挖方向、圍巖情況基本一致，可以借助中導洞開挖對主洞圍巖的情況先行探察，為后續(xù)主洞開挖積累資料和經(jīng)驗，可根據(jù)中導洞圍巖情況與設計圍巖進行對比、修正支護結構參數(shù)、指導主洞的施工。中導洞開挖測量是關鍵，必須準確控制開挖中線。

中導洞開挖應采取有效措施，以減輕爆破對圍巖的擾動，爆破設計時各項參數(shù)應經(jīng)過試驗段檢驗并調整。開挖斷面尺寸應滿足設計要求，并采用有效措施控制開挖輪廓線，開挖質量應符合設計及規(guī)范要求，嚴禁二次爆破開挖。在開挖過程中，應隨時測定隧道軸線位置和高程，中導洞貫通宜選擇在圍巖良好地段，當兩開挖面間的距離為15m時，開挖側每次爆破作業(yè)時應提前30min通知另一側暫停施工，暫停側施工人員及機械設備應撤至安全距離以外。

初期支護應緊跟開挖施工，做到開挖支護循環(huán)進尺。采用“工字鋼架+噴砼+系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)”支護，支護參數(shù)根據(jù)設計要求設置。

施工要點：（1）工字鋼采用液壓彎曲機加工，連接鋼板應采用數(shù)控切割設備、鉆孔應采用機械沖孔，不得使用電焊切割成孔。（2）首批加工好的鋼架應在預拼區(qū)內預拼，平面翹曲度、鋼架焊接質量檢驗合格后可批量加工，并按編號分類存放;（3）鋼架安裝時，不得因拱腳欠挖隨意更改鋼架長度，拱腳不得用虛渣回填，連接鋼板的4個螺栓都應擰緊;（4）鋼架之間采用縱向鋼筋連接，本項目連接鋼筋間距100cm;（5）在各拱腳處設鎖腳錨桿（管），并按要求與鋼架焊接牢固;（6）混凝土噴射時，應先將鋼架與圍巖間隙噴射混凝土充填密實，再噴射鋼架周圍，防止空洞。如圖1所示。

5.3.2 中隔墻施工

澆筑中隔墻，分段長度為10m，中隔墻模板宜采用定型鋼模，以保證混凝土澆筑質量、加快中隔墻施工效率，混凝土澆筑采用泵送混凝土施工，施工中加強振搗，確保砼密實，預留排水管必須固定牢固，保證暢通。

施工要點：（1）施工前要將基底的水、泥、碴清理干凈，保證地基承載力符合設計規(guī)定。（2）中隔墻施工時，中隔墻砼應與中導洞頂部頂緊、密實，無縫隙，縫隙，應采用與設計同標號的噴射砼噴（回）填密實。（3）墻身內預埋鋼板應固定牢固，位置準確。防止后期與主洞鋼支撐連接板存在錯臺、縫隙過大。（4）中隔墻澆筑完成后應及時回填中隔墻基坑，防止主洞開挖中隔墻變形。中隔墻施工如圖2所示

5.3.3 主洞開挖及初期支護

待中隔墻加固及保護措施符合設計要求后，方可進行主洞開挖。主洞開挖優(yōu)先選擇機械和人工配合的無爆破施工，局部需爆破施工時，宜弱爆破施工，以盡量減少對地層的擾動，爆破設計和實施時，應注意對中隔墻的保護，不以中導洞為爆破臨空面。

主洞上拱部的開挖，應在中隔墻混凝土強度達到設計要求后進行，并應慎重施工。為了平衡初期支護左（右）側拱圈的推力，上拱部開挖前，應在中隔墻右（左）側導坑空隙處按設計要求設置橫向水平支撐，支頂中隔墻，防止中隔墻受到左（右）側拱圈的推力后產生變形。

當主洞開挖采用雙側壁導坑法施工時，初期支護應及時跟進，盡早封閉成環(huán);開挖時，輪廓應圓順，側壁導坑寬度不宜超過斷面最大跨度的三分之一;左右導坑錯開的距離，應根據(jù)開挖一側導坑所引起的圍巖應力重分布的影響不至波及另一次已成導坑的原則而確定;仰拱施工前應先拆除臨時支護，臨時鋼支撐拆除長度應與仰拱施工長度相等;仰拱一次開挖長度硬巖不應大于5m，土和軟巖不應大于3m，開挖后應及時施工仰拱初期支護、仰拱混凝土澆筑及填充。

當主洞開挖采用單側壁導坑法施工時，開挖后應及時施作初期支護，地質較差時，應按設計要求設臨時鋼架或臨時仰拱;開挖時，周邊輪廓應盡量圓順;左（右）側開挖應在另一側噴射混凝土強度達到要求后開挖右（左）;當開挖形成全斷面時。

當主洞開挖采用臺階法施工時，臺階應根據(jù)隧道斷面高度、機械設備、圍巖穩(wěn)定情況等綜合確定，一般臺階高度為2.5～3.5m，臺階數(shù)量不宜大于三個，下臺階應在上臺階噴射混凝土強調滿足設計要求后開挖，以減少對上臺階支護的破壞;左、右側開挖宜前后錯開3～5m，同一榀鋼架不得在同一斷面，防止因同時懸空造成拱圈下沉。

開挖過程中應保持洞內排水順暢，出渣后應及時處理因爆破飛石堵塞的排水溝，防止洞內積水，軟巖地段臨時排水溝宜距邊墻腳適當距離，以防止水溝滲水軟化墻基底圍巖面降低其強度。

噴射混凝土施工前先處清理浮石、雜物、灰塵，引排巖面滲水，確保噴射混凝土質量;檢查斷面尺寸，鑿除欠挖部分，同時應埋設標志或利用鋼筋網(wǎng)片、鋼架等參照物控制噴射混凝土的厚度，確保厚度滿足設計要求;黏附在鋼架連接板處混凝土應采取有效手段及時處理，防止局部鼓包，確保平整度滿足設計要求;噴射混凝土應隨拌隨用，回彈料應合理處置但不得重新攪拌后作噴射混凝土;液體速凝劑應采用環(huán)保無堿速凝劑。

錨桿施作時，采用的錨桿種類、長度應符合設計要求，本項目采用φ25中空注漿錨桿。錨桿施鉆方向宜與輪廓面垂直;錨桿施工時應有專人記錄，確保錨桿入巖長度、注漿壓力、注漿時間、錨桿間距滿足要求。

網(wǎng)片施工時，本項目采用E6定型鋼筋焊接網(wǎng)。鋼筋搭接長度不得18cm;初噴后進行鋼筋網(wǎng)的鋪設;鋼筋網(wǎng)應與錨桿或其他固定裝置連接牢固，在噴射混凝土時不得晃動;鋼筋網(wǎng)片易銹蝕，儲存時應做好下墊上蓋工作。

鋼架施工時，鋼架安裝前應檢查已開挖斷面中線、高程及鋼架兩側拱腳處是否牢固;安裝前應將底腳處的虛渣及其他雜物徹底清除干凈;拱腳超挖時，應采用C20噴射混凝土填充;拱腳欠挖時，應及時處理欠挖部分，不得隨意切割鋼架;當拱腳處圍巖承載力不足時，應在拱腳處加設鋼墊板或強度不低于C20的預制混凝土塊以加大拱腳接觸面積;預留洞室位置鋼架應按設計要求進行支護，只有在施工二襯時方可拆除，以確保安全。

6、質量控制

質量保證措施

從組織機構上，建立健全質量保證體系。具體做法是除公司組織定期檢查外，在項目經(jīng)理部設置專門的質量保證體系組織機構，由項目經(jīng)理直接領導，其余領導班子成員協(xié)助，各科室人員各司其職參與其中，各施工隊有專職工程師，在班組有質檢員，組成一個完整的體系，即有協(xié)助促進，又有監(jiān)督制約。

在健全體系的基礎上加強制度的管理。由項目技術負責人組織各專業(yè)負責人根據(jù)現(xiàn)有技術規(guī)范要求，完善各分部分項的規(guī)范要求，加強各崗位人員的技能及質量意識培訓，使上崗人員職責明確。

貫徹三級技術交底制度，各分項工程開工前，由隧道技術負責人對現(xiàn)場所有施工、技術、操作人員進行全方位的技術交底。講清楚設計圖紙要求、技術規(guī)范標準、測量方法及精度要求、各部位的具體功能、施工參數(shù)要求、操作關鍵要點等注意事項。開挖班、支護班、爆破班、鋼筋班、模板班、混凝土班之間協(xié)調由現(xiàn)場管理人員根據(jù)實際情況協(xié)同各班班長自行協(xié)調，保證前后道工序有序高效銜接，對施工位置的預埋件、結構尺寸等質量要求做好交接并保存文字記錄，盡量避免質量事故的發(fā)生。

落實三級質量控制制度，即工班實行質量自控自檢，工區(qū)實行?？鼗z和工序交接檢驗，項目經(jīng)理部實行專控專檢。每一道工序的質量檢查，嚴格按技術規(guī)范和檢驗標準進行，上道工序未經(jīng)檢驗合格，嚴禁開展下道工序，要嚴格落實執(zhí)行前后工序之間的檢驗、簽認手續(xù)，未經(jīng)檢查合格的工序一律返工整改，經(jīng)檢驗合格后方可呈報上一級的質檢人員檢查、驗收。

7、安全措施

從組織機構上，建立健全安全管理體系，建立以項目負責人為首的安全生產領導小組，堅持管生產必須管安全的原則，健全一崗雙責制度，從組織上、原則上、制度上保障生產安全，做到規(guī)范操作，安全施工。

施工前對施工操作人員進行安全、技術交底，施工人員佩戴安全帽，穿平底防滑鞋。

隧道進洞前應檢查完善洞頂及洞口防排水系統(tǒng)，確保進洞安全。洞頂及洞口排水溝底部應全部鋪砌，并用砂漿抹面，防止各種水下滲，影響隧道結構安全。

洞內施工嚴格控制進尺，嚴格按設計和施工方案施作初期支護，在上一環(huán)初支未完成前不得進入下一環(huán)開挖作業(yè)。

初期支護應及時封閉成環(huán)，全斷面初期支護閉合時間宜控制在15d左右;

中、下臺階左、右側開挖應錯開，嚴禁對開，左右側錯開距離宜為3～5m。

施工過程中可采用增加拱（墻）腳鎖腳錨桿（管）、增設鋼架拱（墻）腳部位縱向連接筋、擴大拱（墻）腳初期支護基礎及增設拱（墻）腳槽鋼墊板等增強拱（墻）腳承載力等措施控制變形。

中導洞與主洞平行作業(yè)時，爆破作業(yè)應注意以下幾點：

（1）土質及軟弱破碎圍巖盡可能使用機械開挖，爆破作業(yè)應根據(jù)實際情況選擇周邊眼間距，并嚴格控制裝藥量。現(xiàn)場做好爆破點位防飛石的防護。

（2）開始裝藥前，先檢查現(xiàn)場，確保在炮眼20m范圍內無鉆孔作業(yè)，嚴禁邊鉆孔邊進行裝藥作業(yè)。在裝藥管控區(qū)域內嚴禁進行其他無關工作，尤其是電、氣焊、金屬切割等工作，所有機械必須停電停轉，撤離到安全距離以外。

（3）對中隔墻采取必要的保護措施，如沙袋、橡膠墊、竹排、廢舊輪胎等，降低行車速度，在施工作業(yè)地段和錯車時不大于10km/h;成洞地段不大于25km/h，并在洞口和洞內設置限速牌，嚴禁超高、超寬、超載以及人料混載。

（4）施工便道應設專人管理，按標準要求進行維護保養(yǎng)，保證平整、暢通。便道兩側的垃圾和廢料應隨時清除。

8、環(huán)保措施

（1）認真貫徹各級政府有關環(huán)境保護的各種法律法規(guī)和方針政策，結合工程實際情況和設計圖紙要求，切實按設計圖紙組織實施。（2）定期對施工環(huán)境進行自檢自查，主動聯(lián)系環(huán)保機構，請示匯報環(huán)保工作，做到文明施工。（3）場地廢料、土方廢方處理，應按按照規(guī)范要求運送到指定地點處理，防止土壤資源浪費。保證水系暢通，無污染，場地干凈整潔，無揚塵。施工過程中還應盡量減少對周邊綠化環(huán)境的影響和破壞。（4）施工廢水不得排向水源、耕地等，要采用滲井或其他措施處理。工地垃圾及時運往指定地點深埋，清洗集料機具或含有沉淀油污的操作水，采用過濾的方法或沉淀池處理，使生態(tài)環(huán)境受損減到最低程度。（5）作業(yè)場區(qū)和施工便道要定期打掃，灑水車要適時進行灑水，特殊范圍內的工作人員要戴防塵面罩，控制煙塵與粉塵污染。（6）運輸車輛配備兩邊和尾部擋板，對易飛揚的物料用篷布覆蓋嚴，且裝料適中，不得超限;場區(qū)出入口均設車輛輪胎沖洗池，要保證進出工地的車輛干凈清潔，不得污染道路。（7）機械運輸車輛途經(jīng)居住場所時應減速慢行，不鳴笛。機械設備振動聲音較大的，要加設消音罩或消聲管，最大可能減少噪聲的影響。采取綜合治理措施，合理安排施工計劃，規(guī)定噪聲大、沖擊性強并伴有強烈振動的活動安排在白天進行，把噪聲控制在合理范圍。

結語：

目前連拱隧道的主要施工方法為先完成中導洞開挖支護后再澆筑完中隔墻才開始施工正洞，施工工序多，對圍巖擾動頻繁，施工周期長，工效慢、成本高。104國道改建工程PPP項目東山隧道設計為雙連拱隧道，具備雙向掘進且地質圍巖情況良好，無特殊地質情況。經(jīng)項目施工技術人員反復討論、研究，并向有關專家學者進行咨詢探討，提出了“中導洞與正洞平行”的施工方案，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。據(jù)此總結完成連拱隧道中導洞與正洞平行施工。

參考文獻：

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[3]葛競輝，林秀桂，李志剛，等.烏魯木齊市“田字型”快速路網(wǎng)新建雅瑪里克山雙連拱隧道與既有隧道平行小凈距設計施工的關鍵技術與應用[Z].上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，2016.

作者簡介：

李凱波（1987-），男，漢族，浙江臺州人，本科，工程師，研究方向：隧道施工。