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(yáng)學(xué)院；2 貴州建工集團(tuán)第三建筑工程有限責(zé)任公司）

0 引言

連拱隧道因其線(xiàn)形流暢、占地面積小、空間利用率高，與洞外線(xiàn)路連接方便等，近年來(lái)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(zhǎng)連拱隧道方向發(fā)展，中隔墻的施工方案選擇對(duì)隧道的工期控制、成本控制有重要作用，因此對(duì)連拱隧道中隔墻施工方案的不斷優(yōu)化研究，具有一定價(jià)值意義。劉向遠(yuǎn)[1]針對(duì)含不良地質(zhì)段的較長(zhǎng)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(kāi)多個(gè)作業(yè)面,將隧道分劃成多個(gè)施工部分進(jìn)行施工,進(jìn)而克服單向施工對(duì)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(jìn)度問(wèn)題；肖營(yíng)[2]基于淺埋連拱隧道三導(dǎo)洞法施工，在側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖出現(xiàn)初支超量變形及塌方時(shí)，采用從左主洞斜穿向中導(dǎo)洞開(kāi)挖施工通道，開(kāi)辟新工作面，加快中隔墻施工進(jìn)度，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益；葉建虎[3]基于強(qiáng)度折減法對(duì)淺埋偏壓大跨連拱隧道的合理開(kāi)挖順序進(jìn)行的研究，通過(guò)比較各開(kāi)挖工序的安全系數(shù)大小，得到針對(duì)偏壓隧道合理的開(kāi)挖順序。

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

1 工程概況

興義北環(huán)線(xiàn)馬嶺峽谷隧道為雙向六車(chē)道連拱中長(zhǎng)隧道，隧道起訖樁號(hào)為K10+040～K10+815，全長(zhǎng)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(jìn)口端采用削竹式洞門(mén)，出口端采用整體式端墻洞門(mén)，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(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化白云巖，等級(jí)為Ⅳ～Ⅴ級(jí)，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?duì)畛鏊?/p>

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(kāi)挖支護(hù)及中隔墻澆筑完成后，再進(jìn)行主洞隧道施工，因此中隔墻施工效率關(guān)系整個(gè)項(xiàng)目的施工進(jìn)度。中隔墻施工示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 中隔墻施工示意圖

中隔墻施工順序?yàn)椋?/p>

⑴開(kāi)挖中導(dǎo)洞上臺(tái)階，施作中導(dǎo)洞①部開(kāi)挖及支護(hù)；

⑵開(kāi)挖中導(dǎo)洞下臺(tái)階,滯后于①部40m 距離，開(kāi)挖中導(dǎo)洞②部,施作下臺(tái)階初期支護(hù)，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(kāi)挖。

⑶中隔墻澆筑：中導(dǎo)洞開(kāi)挖及支護(hù)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(dá)到拆模強(qiáng)度后，通過(guò)預(yù)埋的φ42 注漿鋼花管對(duì)中隔墻項(xiàng)部及時(shí)補(bǔ)注漿,以確保中隔墻頂部密實(shí)。

2.1中隔墻施工方案優(yōu)化

本工程中隔墻的施工是整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)之一，中隔墻結(jié)構(gòu)施工須在整個(gè)中導(dǎo)洞開(kāi)挖貫通后進(jìn)行，考慮中導(dǎo)洞施工工期即將進(jìn)入雨季，中導(dǎo)洞的施工掘進(jìn)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(kāi)挖，及時(shí)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(chǎng)地理環(huán)境條件，為了加快施工中導(dǎo)洞的開(kāi)挖及中隔墻澆筑，開(kāi)辟施工工作面，提高施工效率，擬在隧道左洞K10+155～K10+182 線(xiàn)路前進(jìn)方向右側(cè)設(shè)置橫洞一座，作為中導(dǎo)洞開(kāi)挖與中隔墻混凝土澆筑通道，為了方便運(yùn)輸，橫洞軸線(xiàn)與中導(dǎo)洞軸線(xiàn)采用135°斜交，縱向坡度12%；橫洞凈寬設(shè)計(jì)為8m，高度與中導(dǎo)洞高度協(xié)調(diào)，全長(zhǎng)27m，橫洞采用單車(chē)道無(wú)軌運(yùn)輸，橫洞段圍巖等級(jí)為Vb級(jí)。

2.2斜向橫洞支護(hù)設(shè)計(jì)

為了確保斜向橫洞的安全穩(wěn)定性，橫洞開(kāi)挖采用全斷面開(kāi)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(hù)。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(shí)支護(hù)體系。

橫洞進(jìn)入中導(dǎo)洞范圍后，其開(kāi)挖及初期支護(hù)需比中導(dǎo)洞拱部相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)高加大，以預(yù)留臨時(shí)支護(hù)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(gè)牢固且穩(wěn)定的落腳平臺(tái)，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(duì)應(yīng)，牢固焊接并全環(huán)噴射C25砼回填密實(shí)。

橫洞進(jìn)入中導(dǎo)洞時(shí)，中導(dǎo)洞采用小導(dǎo)洞沿中導(dǎo)洞開(kāi)挖輪廓線(xiàn)小坡度爬行開(kāi)挖，形成上臺(tái)階操作平臺(tái)，上臺(tái)階進(jìn)行初期支護(hù)，開(kāi)挖形成標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階長(zhǎng)度后，進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖，開(kāi)挖形成標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階長(zhǎng)度，再進(jìn)行正常工序施工。小導(dǎo)洞沿橫洞中線(xiàn)方向，便于形成操作空間。

2.3中隔墻穩(wěn)定性監(jiān)控量測(cè)

為了進(jìn)一步分析斜向橫洞的輔助施工對(duì)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(jì)、土壓力盒、位移計(jì)，對(duì)輔助橫洞與中導(dǎo)洞交叉段的典型斷面力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。監(jiān)控量測(cè)斷面布置在中隔墻K10+125與K10+158斷面，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 中隔墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

中隔墻主筋軸力監(jiān)測(cè)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(guò)程，這為研究連拱隧道中隔墻的受力特性提供了大量真實(shí)有效的數(shù)據(jù)資料。不同的施工工序會(huì)對(duì)圍巖和支護(hù)造成頻繁的擾動(dòng)，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(duì)中隔墻穩(wěn)定性的影響，現(xiàn)場(chǎng)采用鋼筋軸力計(jì)采集各工序下中隔墻軸力時(shí)程曲線(xiàn)及中隔墻拱頂位移曲線(xiàn)，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(shí)程曲線(xiàn)

圖4 K10+158 斷面中隔墻主筋左右兩側(cè)軸力時(shí)程曲線(xiàn)

圖5 K10+125斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移時(shí)程曲線(xiàn)

圖6 K10+125斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移時(shí)程曲線(xiàn)

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

從K10+125、K10+158 兩個(gè)斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移曲線(xiàn)對(duì)比分析可知，斜向輔助橫洞的存在與否對(duì)中隔墻拱頂左右側(cè)位移影響較小，因此對(duì)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(kāi)辟工作面，充分調(diào)度機(jī)械設(shè)備的利用率，縮短工期成本，但同時(shí)斜向橫洞的輔助施工增加了開(kāi)挖工程量及支護(hù)費(fèi)用。從經(jīng)濟(jì)效益方面分析，設(shè)置斜向橫洞時(shí)施工成本費(fèi)用約為49萬(wàn)元，不設(shè)置斜向橫洞施工時(shí)成本費(fèi)用約為46萬(wàn)元，兩者相比，設(shè)置斜向橫洞輔助施工成本費(fèi)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(duì)比斜向橫洞設(shè)計(jì)前后工期的變化可知，斜向橫洞開(kāi)挖可節(jié)約中隔墻掘進(jìn)時(shí)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(shì)。綜合經(jīng)濟(jì)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(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

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(xiǎn)，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(xiàn)馬玲峽谷隧道的中隔墻施工，對(duì)中斜向橫洞輔助施工中隔墻的施工方法進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

⑴斜向橫洞開(kāi)挖應(yīng)注意開(kāi)挖超前支護(hù)；從中隔墻各工序下的左右側(cè)軸力時(shí)程曲線(xiàn)、拱頂位移曲線(xiàn)分析可知，斜向輔助橫洞的存在對(duì)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(kāi)挖與支護(hù)會(huì)增加整個(gè)施工經(jīng)濟(jì)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(shí)間及混凝土澆筑時(shí)間，降低隧道進(jìn)入雨季施工的施工風(fēng)險(xiǎn)，因此在本項(xiàng)目中，采用斜向橫洞施工方案具有較大的優(yōu)勢(shì)，類(lèi)似工程可以借鑒。