大斷面連拱隧道斜向橫洞輔助中隔墻施工技術(shù)研究

陳 航 朱 靜 張貝貝

（1 貴陽學(xué)院；2 貴州建工集團第三建筑工程有限責(zé)任公司）

0 引言

連拱隧道因其線形流暢、占地面積小、空間利用率高，與洞外線路連接方便等，近年來在交通建設(shè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。連拱隧道建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是中隔墻澆筑施工，隨著近年連拱隧道逐漸向長連拱隧道方向發(fā)展，中隔墻的施工方案選擇對隧道的工期控制、成本控制有重要作用，因此對連拱隧道中隔墻施工方案的不斷優(yōu)化研究，具有一定價值意義。劉向遠[1]針對含不良地質(zhì)段的較長雙連拱隧道,提出利用中導(dǎo)洞及側(cè)導(dǎo)洞作為施工通道,在隧道里部展開多個作業(yè)面,將隧道分劃成多個施工部分進行施工,進而克服單向施工對工期的制約及不良地質(zhì)段施工緩慢形成的工期瓶頸,解決其施工進度問題；肖營[2]基于淺埋連拱隧道三導(dǎo)洞法施工，在側(cè)導(dǎo)洞開挖出現(xiàn)初支超量變形及塌方時，采用從左主洞斜穿向中導(dǎo)洞開挖施工通道，開辟新工作面，加快中隔墻施工進度，取得了顯著經(jīng)濟效益；葉建虎[3]基于強度折減法對淺埋偏壓大跨連拱隧道的合理開挖順序進行的研究，通過比較各開挖工序的安全系數(shù)大小，得到針對偏壓隧道合理的開挖順序。

本文以興義市北環(huán)線馬嶺峽谷雙連拱隧道為研究對象，基于“中導(dǎo)洞臺階法+正洞CD 法”的開挖方法，提出采用主洞斜向橫洞修筑中隔墻，開辟工作面，加快隧道中隔墻的施工進度，降低施工成本。

1 工程概況

興義北環(huán)線馬嶺峽谷隧道為雙向六車道連拱中長隧道，隧道起訖樁號為K10+040～K10+815，全長775m。隧道建筑限界凈寬為14.25m，隧道建筑限界凈高5.0m；隧道進口端采用削竹式洞門，出口端采用整體式端墻洞門，連拱隧道主洞洞身結(jié)構(gòu)為三心圓弧形結(jié)構(gòu)，中隔墻為復(fù)合式曲墻。隧道洞身圍巖主要為強風(fēng)化、中風(fēng)化白云巖，等級為Ⅳ～Ⅴ級，巖體較破碎，圍巖自穩(wěn)能力較差，拱頂易坍塌。洞內(nèi)地下水出水狀態(tài)為淋雨狀出水。

2 中隔墻施工方案優(yōu)化

本工程連拱隧道施工采用先中導(dǎo)洞開挖支護及中隔墻澆筑完成后，再進行主洞隧道施工，因此中隔墻施工效率關(guān)系整個項目的施工進度。中隔墻施工示意圖見圖1。

圖1 中隔墻施工示意圖

中隔墻施工順序為：

⑴開挖中導(dǎo)洞上臺階，施作中導(dǎo)洞①部開挖及支護；

⑵開挖中導(dǎo)洞下臺階,滯后于①部40m 距離，開挖中導(dǎo)洞②部,施作下臺階初期支護，底部澆筑20㎝厚C25 混凝土墊層，初支封閉成環(huán)。重復(fù)步驟⑴、⑵直至完成全部中導(dǎo)洞開挖。

⑶中隔墻澆筑：中導(dǎo)洞開挖及支護完成后，分段澆筑中隔墻。中隔墻與初支拱部預(yù)埋φ42 注漿管，澆筑中導(dǎo)洞①部混凝土，待中隔墻澆筑完成達到拆模強度后，通過預(yù)埋的φ42 注漿鋼花管對中隔墻項部及時補注漿,以確保中隔墻頂部密實。

2.1中隔墻施工方案優(yōu)化

本工程中隔墻的施工是整個項目建設(shè)的關(guān)鍵結(jié)點之一，中隔墻結(jié)構(gòu)施工須在整個中導(dǎo)洞開挖貫通后進行，考慮中導(dǎo)洞施工工期即將進入雨季，中導(dǎo)洞的施工掘進易出現(xiàn)初支超量變形與塌方，因此有必要加快中導(dǎo)洞的開挖，及時完成中隔墻結(jié)構(gòu)施工，以此平衡隧道土壓，確保隧道洞內(nèi)的穩(wěn)定。

綜合分析現(xiàn)場地理環(huán)境條件，為了加快施工中導(dǎo)洞的開挖及中隔墻澆筑，開辟施工工作面，提高施工效率，擬在隧道左洞K10+155～K10+182 線路前進方向右側(cè)設(shè)置橫洞一座，作為中導(dǎo)洞開挖與中隔墻混凝土澆筑通道，為了方便運輸，橫洞軸線與中導(dǎo)洞軸線采用135°斜交，縱向坡度12%；橫洞凈寬設(shè)計為8m，高度與中導(dǎo)洞高度協(xié)調(diào)，全長27m，橫洞采用單車道無軌運輸，橫洞段圍巖等級為Vb級。

2.2斜向橫洞支護設(shè)計

為了確保斜向橫洞的安全穩(wěn)定性，橫洞開挖采用全斷面開挖，采用φ42×4m 注漿花鋼管、工字鋼型鋼架、掛φ8 鋼筋網(wǎng)（20cm×20cm）后噴26cm 厚C25 混凝土作初期支護。型鋼鋼架拱頂、邊墻分別采用I22、I18 型鋼焊接而成，鋼架間距按0.6m一榀設(shè)置，鋼架間采用φ22的鋼筋連接，環(huán)向布置間距1m，每榀鋼架設(shè)6 道φ42×4m花鋼管作鎖腳錨桿，形成臨時支護體系。

橫洞進入中導(dǎo)洞范圍后，其開挖及初期支護需比中導(dǎo)洞拱部相應(yīng)設(shè)計標(biāo)高加大，以預(yù)留臨時支護厚度?？紤]到橫洞到中導(dǎo)洞的鋼拱架拱腳落腳位置的牢固性、穩(wěn)定性，橫洞拱架必須提供一個牢固且穩(wěn)定的落腳平臺，在中導(dǎo)洞左側(cè)邊墻與橫洞交界里程處，設(shè)置3 榀并排焊接成整體的I20b 型鋼鋼架，拱腳用I20b 型鋼橫撐閉合成環(huán)，型鋼鋼架沿正洞方向設(shè)置拱頂縱向拖梁，拖梁采用I20b 型鋼，拖梁牢固焊接于I20 鋼架拱頂，拖梁與橫洞拱架空隙處設(shè)置I20b 豎向立柱，立柱與正洞拱架位置對應(yīng)，牢固焊接并全環(huán)噴射C25砼回填密實。

橫洞進入中導(dǎo)洞時，中導(dǎo)洞采用小導(dǎo)洞沿中導(dǎo)洞開挖輪廓線小坡度爬行開挖，形成上臺階操作平臺，上臺階進行初期支護，開挖形成標(biāo)準(zhǔn)臺階長度后，進行下臺階開挖，開挖形成標(biāo)準(zhǔn)臺階長度，再進行正常工序施工。小導(dǎo)洞沿橫洞中線方向，便于形成操作空間。

2.3中隔墻穩(wěn)定性監(jiān)控量測

為了進一步分析斜向橫洞的輔助施工對中隔墻穩(wěn)定性影響，本工程在施工中采用預(yù)埋鋼筋應(yīng)力計、土壓力盒、位移計，對輔助橫洞與中導(dǎo)洞交叉段的典型斷面力學(xué)響應(yīng)進行監(jiān)控測量。監(jiān)控量測斷面布置在中隔墻K10+125與K10+158斷面，監(jiān)測點布置如圖2所示。

圖2 中隔墻監(jiān)測點布置圖

中隔墻主筋軸力監(jiān)測是從中隔墻澆筑后至隧道的二次襯砌完成，貫穿連拱隧道的全部施工過程，這為研究連拱隧道中隔墻的受力特性提供了大量真實有效的數(shù)據(jù)資料。不同的施工工序會對圍巖和支護造成頻繁的擾動，從而造成中隔墻主筋軸力的變化。為了研究斜向橫洞的存在對中隔墻穩(wěn)定性的影響，現(xiàn)場采用鋼筋軸力計采集各工序下中隔墻軸力時程曲線及中隔墻拱頂位移曲線，分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 K10+125 斷面中隔墻主筋左右兩側(cè)軸力時程曲線

圖4 K10+158 斷面中隔墻主筋左右兩側(cè)軸力時程曲線

圖5 K10+125斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移時程曲線

圖6 K10+125斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移時程曲線

從K10+125、K10+158 兩個斷面中隔墻主筋左右兩側(cè)軸力時程曲線對比分析可知，斜向輔助橫洞的存在與否對中隔墻左右軸向受力變化影響不大，其對穩(wěn)定性影響可以忽略。

從K10+125、K10+158 兩個斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移曲線對比分析可知，斜向輔助橫洞的存在與否對中隔墻拱頂左右側(cè)位移影響較小，因此對位移的影響可以忽略。

3 施工方案優(yōu)化效益分析

斜向橫洞輔助施工方法可以有效地開辟工作面，充分調(diào)度機械設(shè)備的利用率，縮短工期成本，但同時斜向橫洞的輔助施工增加了開挖工程量及支護費用。從經(jīng)濟效益方面分析，設(shè)置斜向橫洞時施工成本費用約為49萬元，不設(shè)置斜向橫洞施工時成本費用約為46萬元，兩者相比，設(shè)置斜向橫洞輔助施工成本費用增加約6.5%；從工期效益方面分析，該工程施工工期緊、任務(wù)重，對比斜向橫洞設(shè)計前后工期的變化可知，斜向橫洞開挖可節(jié)約中隔墻掘進時間32 d，加快了中隔混凝土澆筑，節(jié)約工期10d，工期效益具有明顯的優(yōu)勢。綜合經(jīng)濟效益和工期效益，設(shè)置斜向橫洞施工方案具有較大優(yōu)勢。

4 結(jié)語

在連拱隧道中隔墻施工中，為了加快連拱隧道的貫通，降低隧道施工塌方的風(fēng)險，可采用斜向橫洞輔助中隔墻施工方法，本文結(jié)合興義北環(huán)線馬玲峽谷隧道的中隔墻施工，對中斜向橫洞輔助施工中隔墻的施工方法進行分析，得出如下結(jié)論：

⑴斜向橫洞開挖應(yīng)注意開挖超前支護；從中隔墻各工序下的左右側(cè)軸力時程曲線、拱頂位移曲線分析可知，斜向輔助橫洞的存在對中隔墻穩(wěn)定性變化影響較小，幾乎可以忽略。

⑵斜向輔助橫洞開挖與支護會增加整個施工經(jīng)濟成本，但采用斜向橫洞輔助中隔墻施工，工期效益明顯，可縮短中隔墻貫通時間及混凝土澆筑時間，降低隧道進入雨季施工的施工風(fēng)險，因此在本項目中，采用斜向橫洞施工方案具有較大的優(yōu)勢，類似工程可以借鑒。