雙連拱隧道施工技術(shù)

雙連拱隧道施工技術(shù)1雙連拱隧道形式正在建設(shè)中的銅陵－黃山的汪王嶺隧道2主要內(nèi)容

1引言2開挖方案3中導洞的設(shè)置與施工4各部分之間的施工順序5中隔墻的穩(wěn)定性6洞口施工7建議與結(jié)論

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近幾年快速發(fā)展的公路、鐵路工程中，雙連拱形式的隧道越來越多，尤其在丘陵山區(qū)中更為常見，如：

廣環(huán)公路白云隧道

廣鄰公路馮家埡口隧道

滬蓉公路金竹林隧道

寧波329國道于家?guī)X隧道

銅湯高速公路汪王嶺隧道、焦家山隧道

沿江高速公路大尖山隧道等

我國起步較晚，尚有很多施工工藝技術(shù)問題不夠成熟，甚至存在著爭議，如：

開挖方案的確定

中導洞的設(shè)置

各部分的施工順序

中隔墻的穩(wěn)定性保護等1引言4特點：

▲平面線路流暢、占地面積少、便于運營管理。

▲斷面比較大，整體跨度大（20～30m）、結(jié)構(gòu)復雜

▲長度比較短（大多在600m以內(nèi)）

▲施工工序多、施工難度大、效率低

▲造價高

▲開挖方案既定性——中導洞施工法，廣泛采用52

雙連拱隧道的開挖方案

首先在中隔墻位置開鑿中導洞，并進行臨時支護，待中導洞貫通后，再開挖兩側(cè)正洞。正洞開挖視圍巖穩(wěn)定性狀況可采用全斷面施工法或兩側(cè)導坑開挖法或者臺階法等。（1）正洞全斷面施工方案

在中導洞貫通后利用鑿巖臺架鉆眼，全斷面一次爆破開挖兩側(cè)正洞，并進行初次支護。該法適用于比較穩(wěn)定的Ⅱ、Ⅲ類圍巖中導洞施工法67（2）正洞臺階施工方案正洞開挖采用正臺階分層開挖，先拱后墻進行初次支護。分層數(shù)一般為2～3個?？紤]到正洞支護與中隔墻的連接施工，頂層臺階的底板應低于中隔墻頂面。

（3）雙側(cè)導洞施工方案又稱“三導洞法”。即在兩個正洞的外側(cè)各開一個導洞，導洞超前正洞一定深度或整個不良圍巖。側(cè)導洞按初次支護設(shè)計施工。導洞的尺寸以裝渣、運渣方便為度。視圍巖穩(wěn)定性狀況，導洞也可全斷面開挖或短臺階開挖。使用最為廣泛。但由于多次開挖對圍巖的擾動大，次數(shù)多。

8側(cè)

導

洞

施

工9（4）正洞臺階＋兩側(cè)導洞施工方案該法是上述臺階法和兩側(cè)導洞法的組合方案，即在兩側(cè)導洞基礎(chǔ)上，正洞剩余部分再采用臺階法，先進行拱部支撐，再開挖下部。該法適用于圍巖穩(wěn)定性較差的隧道。103中導洞的設(shè)置與施施工（1）中導洞的位置根據(jù)與中隔墻的位位置關(guān)系，中導洞洞位置有:對稱布置:中導洞的垂直中線線與中隔墻的中線線重合。缺點是當中隔墻澆澆筑好后，兩側(cè)的的通道寬度比較狹狹窄，影響前方施施工。非對稱布置:二者的中線相錯一一定距離。兩側(cè)通道寬度不同同，較寬的一側(cè)作作為施工通道，通通行比較便利；較較窄的一側(cè)作回填填用，可減少回填填工作量。中導洞高度相同情情況下，非對稱式式有利于降低中隔隔墻位置的頂板高高度，減少無效開開挖量和污工充填填量。因此認為，，一般情況下采用用非對稱布置比較較有利。11（2）中導洞頂板巖層層穩(wěn)定性的保護中導洞最先施工，，頂板巖石將受到到中導洞及左右正正洞開挖的多次爆破擾動，中導導洞頂板的穩(wěn)定是是一個關(guān)鍵。施工的基本要求：▲搞好光面爆破，，少裝藥，淺孔爆爆破，減少初次炮炮震的影響，減少少圍巖松動范圍▲適當加強頂板支支護，保證支護質(zhì)質(zhì)量▲施工正洞時要及及時做好中隔墻的的接頂（3）中導洞的寬度與與高度寬度應根據(jù)中隔墻的寬寬度并考慮掘進出出渣、通行及回填填的要求確定。高度主要依據(jù)中隔墻的的高度以及正洞施施工時的接頂要求求而定。應盡量減減少中隔墻頂部與與中導洞頂板之間間的高度，以減少少污工充填。12（4）中導洞頂部的防防水中隔墻與拱結(jié)構(gòu)之之間存在著縱向施施工縫，是隧道防防水的薄弱環(huán)節(jié)，，在施工中應保證證防水質(zhì)量。中隔墻頂部要充填填密實。所有施工縫位置要要設(shè)置橡膠止水帶和止水條。必要時可預埋導管管將滲水引至隧道道底板排水溝內(nèi)。。目目前，比較較好的作法是中隔隔墻分兩次（三層層）砌筑，兩邊的的中隔墻（兩外層層）與兩隧道拱墻墻二次襯砌一次澆澆筑完成，拱圈襯襯砌與中隔墻沒有有縱向施工縫，所所以在結(jié)構(gòu)整體受受力與中隔墻防排排水等方面有了根根本的改善。13144各部分之間的施工工順序4.1中導洞與中隔墻的的施工順序中隔墻一般在中導導洞貫通之后施工工（運渣方便）。。中隔墻施做方法：：一是一次全厚澆注鋼筋筋混凝土。二是分次澆筑鋼筋混凝凝土。兩側(cè)留出正洞二二次襯砌的厚度，，待二襯時澆筑。。二襯的整體性好好，有利于防水。。4.2中隔墻與正洞的施施工順序中導洞貫通之后即即可施工兩側(cè)正洞洞和中隔墻。中隔隔墻一般從洞口開開始由外向里施工工，并超前正洞30～50m，以保證中隔墻混凝凝土有一定的養(yǎng)護護時間，達到一定定的承載能力。154.3左右正洞的施工順順序●兩側(cè)同時開挖，同同時扣拱，同步進進行，齊頭并進●兩側(cè)正洞先完成一一洞，再施工另一一洞●兩正洞掌子面錯開開一定距離，同時時推進第一種順序是《鐵路工程設(shè)計技術(shù)術(shù)手冊（隧道）》的要求，但實際上上很難做到。因為為不宜兩個掌子面面同時爆破，所以以至少兩個掌子面面相差1～2個循環(huán)。有有的人認為，，第二種順序比較較好，不僅兩洞要要分別施工，而且且在一洞施工完成成后還要滯后20d左右再施工另一洞洞。左右洞的開挖挖順序應是先難后后易，巖體較差的的一側(cè)正洞要先開開挖，這樣變形和和位移較??；對偏偏壓隧道應先外側(cè)側(cè)后內(nèi)側(cè)。從從維護中隔墻墻的穩(wěn)定角度分析析，筆者傾向于第第三種順序，且偏偏壓隧道時外側(cè)正正洞超前、及時進進行初次支護，以以平衡偏壓力。16左洞右洞中隔墻中導洞施工順序平面圖側(cè)導洞174.4左右側(cè)導洞的施工工順序●左右側(cè)導洞兩側(cè)同步進行兩側(cè)不同步進行，以免引起圍巖有有較大變形和應力力的急劇釋放。特特別是淺埋地段，，容易引起塌方。?！駛?cè)導洞與正洞洞施工超前一次掘完：不良巖層段長度度不大時（數(shù)十米米），可將側(cè)導洞洞一次掘完，再施施工正洞；分段超前交替施工工。●開挖順序全斷面開挖：圍巖比較好時臺階法開挖：圍巖極不穩(wěn)定時184.5初次支護與二次襯襯砌的順序▲初次支護肯定在二二次支護之前?！我r砌的時機要要通過隧道變形監(jiān)監(jiān)測確定?！鴨涡凶鳂I(yè)：正洞掘砌完后再施工內(nèi)襯（（二襯）?！叫凶鳂I(yè)：長段平行作業(yè)：圍巖不太穩(wěn)定時采用，在掘進工作作面的后方及時進進行二次襯砌；短段平行作業(yè)：圍圍巖很不穩(wěn)定時，，二次襯砌要緊跟跟初次支護進行。。195中隔墻的穩(wěn)定性5.1受力分析▲在正洞開挖時，中中隔墻處于垂直懸懸臂狀態(tài)?！淼乐袎Φ淖畈焕茌d時間是在開開挖過程之中，并并不是出現(xiàn)在最終終完工時，?！懈魤χ饕惺芩硭淼雷笥艺从梢r襯砌結(jié)構(gòu)傳來的壓壓力?！绻笥艺赐讲介_挖、同步襯砌砌，中隔墻將受到到對稱的外荷載，，可以認為中墻是是穩(wěn)定的；▲如果左右正洞非對對稱開挖，中隔墻墻就會受到來自先先施工正洞的非對對稱壓力，中隔墻墻的穩(wěn)定性就會受受到偏壓影響。▲當隧道處于傍山地地段時，隧道還會會受到來自右高左左低（或左高右低低）的上覆傾斜山山體的不均衡壓力力，叫著山體偏壓。山體偏壓一般發(fā)發(fā)生在淺埋地段，，深埋隧道由于圍圍巖具有“成拱作作用”，其作用荷荷載主要來自隧道道周邊一定破壞范范圍內(nèi)的巖體壓力力。因此，中隔墻會產(chǎn)生傾倒倒力矩和水平位移移，隧道底板不好好時，可能還伴隨隨有沉降。20受到山體偏壓的隧隧道21中隔墻在由拱部襯襯砌結(jié)構(gòu)傳來的外外荷載Pg作用下，將受到水水平分力Pgh和垂直分力Pgv的影響。水平推力力可能會使中墻發(fā)發(fā)生水平位移、產(chǎn)產(chǎn)生傾倒力矩（繞繞墻趾A點發(fā)生轉(zhuǎn)動）、沿沿墻身產(chǎn)生縱向彎彎矩；垂直分力由由于不作用于軸線線上，將使中墻偏偏心受壓，同時也也產(chǎn)生縱向偏心彎彎矩。理論分析和和現(xiàn)場實測都證明明了這些現(xiàn)象的存存在。225.2隧道頂部部巖體垂垂直壓力力的計算算對于施工工過程中中的中墻墻，主要要承受來來自正洞洞拱頂巖巖體的垂垂直壓力力。垂垂直壓壓力與隧隧道的埋埋深有關(guān)關(guān):淺埋隧道道：地面水水平或接接近水平平，且隧隧道覆蓋蓋厚度小小于（2.0～2.5）倍的自自然平衡衡拱高度度時或者者參考文文獻[8、9]的規(guī)定時時，應按按淺埋隧隧道計算算；深埋隧道道：當大于于時按深深埋隧道道計算。。偏壓隧道道：當隧道處處于Ⅳ～Ⅵ級圍巖中中、地面面傾斜，，隧道外外側(cè)拱肩肩至地表表的垂直直距離小小于參考考文獻[8]的規(guī)定時時，應按按偏壓計計算。大大多數(shù)偏偏壓隧道道處于洞洞口段，，屬于地地形性淺淺埋偏壓壓，在洞洞身段偏偏壓較少少，且多多屬于地地質(zhì)構(gòu)造造偏壓。。下下面主主要按深深埋隧道道計算。。深埋隧道道圍巖壓壓力按松松動壓力力計算。。計算方方法有經(jīng)經(jīng)驗法和和普氏法法。由于于不進行行襯砌結(jié)結(jié)構(gòu)計算算，僅考考慮中墻墻的穩(wěn)定定問題，，故只計計算垂直直壓力。。23（1）經(jīng)驗法法根據(jù)公路路、鐵路路隧道的的施工經(jīng)經(jīng)驗統(tǒng)計計，垂直直均布壓壓力集度度按下式式計算q＝γhaKN/m（1）式中，γ——為圍巖重重度（KN/m3），ha為計算圍圍巖高度度（m）。根據(jù)《公路隧道道設(shè)計規(guī)規(guī)范》ha=0.45×2B-S×ω（2）ω=1+i（B－5）（（3）式中，B—坑道的開開挖寬度度，m；S—為圍巖的的類別，，如Ⅲ級圍巖，，S＝3；ω—開挖寬度度影響系系數(shù)；i為B每增減1m時的圍巖巖壓力增增減率。。當當B＜5m時，i＝0.2；B≥5m時，取i＝0.1。以上公式式的適用條件件為：采采用鉆爆爆法施工工；隧隧道的高高度與寬寬度之比比小于1.7；不不產(chǎn)產(chǎn)生明顯顯地形偏偏壓及膨膨脹性壓壓力的一一般圍巖巖；整整體式混混凝土襯襯砌，不不適用于于噴射混混凝土襯襯砌錨桿桿支護的的隧道。。24在2001年版《鐵路隧道道設(shè)計規(guī)規(guī)范》中提出了了下面的的計算方方法單單線隧道道ha=0.41×1.79S雙線隧道道ha=0.45×2S-1×ω（2）普氏法根據(jù)普洛洛托季雅雅可諾夫夫的自然然平衡拱拱理論，，垂直地地壓為：：q＝γb/f式中，γ—圍巖重度度，f—巖體的堅堅固性系系數(shù)。b—為自然平平衡拱的的半跨度度，m；在堅硬巖巖體中，，隧道側(cè)側(cè)壁較穩(wěn)穩(wěn)定，自自然平平衡拱的的跨度即即隧道的的寬度，，b為隧道凈凈寬的一一半。在在松散破破碎巖巖體中，，b按下式計計算b＝B/2＋tan(45°°-φφ¤/2)φφ¤＝arctanf式中φ¤為巖體的的似摩擦擦角。255.3中墻外荷荷載的計計算不管外部部壓力來來自哪個個方面，，終將通通過襯砌砌結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)嫁到中中隔墻上上。因此此，只要要確定了了圍巖壓壓力，中中隔墻的的穩(wěn)定問問題就成成為靜力力結(jié)構(gòu)問問題，就就可用結(jié)結(jié)構(gòu)力學學方法分分析其穩(wěn)穩(wěn)定性。。中中墻外荷荷載即由由拱部垂垂直地壓壓引起的的水平分分力Pgh和垂直分分力Pgv。隧道一般般均為拱拱形結(jié)構(gòu)構(gòu)，故可可按拱結(jié)結(jié)構(gòu)進行行計算。。拱式結(jié)結(jié)構(gòu)有無無絞拱、、兩絞拱拱和三絞絞拱之分分，根據(jù)據(jù)隧道支支護的實實際情況況可將其其視為兩兩絞拱，，計算簡簡圖如圖圖所示。。26兩絞拱是是一次超超靜定結(jié)結(jié)構(gòu)，根根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)力學推推導，支支座反力力為Va=Pgv=ql/2Ha=Pgh=λql式中，λ為根據(jù)矢矢跨比確確定的系系數(shù)，當當矢跨比比f/l為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5時，λ分別為1.24298、0.61053、0.39464、0.28269、0.21221。275.4穩(wěn)定性判判斷根據(jù)下圖圖，假定定中墻的的自重為為G，則中隔墻墻繞A點的轉(zhuǎn)動動力矩（（設(shè)順時時針轉(zhuǎn)動動為正））為：Ma=-Pgh×h＋Pgv×（c+B/2)+G×B/2若MA為負值，，則說明明中墻不不穩(wěn)定，，有逆時時針轉(zhuǎn)動動的趨勢勢，此時時就要采采取措施施使其穩(wěn)穩(wěn)定。假假定中墻墻為下端端固定的的懸臂壓壓桿。由由于墻體體下部的的擴大部部分高度度不大，，可將其其簡化為為等截面面直桿。。則沿桿桿長任意意截面上上的彎矩矩為：Mx=Pgv×c+Pgh×hx如果加支支撐的方方式，則則應設(shè)在在彎矩為為零的位位置h0。令上式等等于零，，可得h0=hx=cPgv/Pgh28算例：某公路雙雙連拱隧隧道，深深埋Ⅲ級圍巖，，堅固性性系數(shù)f＝6。采用分離離式中隔隔墻結(jié)構(gòu)構(gòu)，即中中隔墻分分成3層，3次施工完完成。首首次先砌砌筑厚度度1.2m的獨立墻墻體，用用以支撐撐初期支支護的壓壓力，以以后再在在二次襯襯砌的同同時套砌砌兩邊的的內(nèi)層墻墻，這樣樣有利于于二次襯襯砌的整整體防水水。正洞洞的初次次支護為為型鋼拱拱架＋錨錨網(wǎng)噴。。初次砌砌筑的獨獨立墻體體結(jié)構(gòu)、、尺寸如如圖。中中墻為鋼鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)，混凝凝土強度度等級為為C30。單側(cè)正洞洞凈寬10.09m，二次襯砌砌后的頂頂?shù)装鍍?nèi)內(nèi)緣高8.49m。開挖寬度度11.89m，開挖高度度9.59m，矢高3.68m，矢跨10.97m。圍巖重度度23KN/m3。（1）頂部垂直直地壓力力的計算算由由于采采用分離離式中墻墻，首先先進行兩兩側(cè)正洞洞的初次次支護，，以后再再進行二二次襯砌砌，所以以應按初初次支護護計算頂頂部的垂垂直地壓壓力。隧隧道的的凈尺寸寸高跨比比為：8.49/10.09=0.84＜1.7。B＝11.89m＞5m，取i＝0.1，按計算算得ω＝1＋0.1（11.89－5）＝1.689雙連拱拱隧道道的一一個側(cè)側(cè)洞相相當于于鐵路路的雙雙線隧隧道，，故故參照照現(xiàn)行行鐵路路隧道道設(shè)計計規(guī)范范，計計算得得29q＝23××0.45×23－1×1.689＝69.92KN/m（2）中墻外外荷載載按按式（（9）計算算垂直直荷載載Pgv＝ql/2=69.92××10.97/2=383.51KN確定水水平荷荷載時時首先先確定定矢跨跨比：：f/l＝3.68/10.97＝0.335，按插值值法得得λ＝0.3571Pgh＝λql＝0.3571××69.92××10.97＝273.90KN（3）轉(zhuǎn)動力力矩已已知每每延米米中墻墻及基基礎(chǔ)的的體積積8.6m3，按24KN/m3計算，，墻的的自自重G為206.4KN。MA＝－273.90××5.91＋383.51××（0.51＋1.75）＋206.4×1.75＝－390.81KN－mMA為負值值，說說明中中墻是是不穩(wěn)穩(wěn)定的的，需需要采采取有有關(guān)措措施。。（4）支撐撐位置置假假設(shè)采采用支支撐穩(wěn)穩(wěn)定法法，支支撐的的位置置為：：h0＝0.51××383.51/273.90=0.714m即需在在從中中墻頂頂部向向下0.7m左右的的位置置支撐撐。305.5中隔墻墻的穩(wěn)穩(wěn)定措措施在雙連連拱隧隧道施施工中中，當當采用用兩側(cè)側(cè)正洞洞不同同步開開挖時時，為為保持持中隔隔墻的的穩(wěn)定定和安安全，，根據(jù)據(jù)不同同的工工況條條件，，可采采取多多種措措施，，常用用的有有：（1）加側(cè)側(cè)向支支撐目的：平衡衡偏壓壓。方式：單單側(cè)支支撐。。單側(cè)側(cè)支撐撐應將將其設(shè)設(shè)置在在先挖挖正洞洞的對對側(cè)，支撐的的高度度一一般靠靠近中中隔墻墻的上上端，，既可可提高高支撐撐的效效果又又不妨妨礙礙通通行。。雙雙側(cè)側(cè)支撐撐。在在中隔隔墻的的右側(cè)側(cè)底部部架設(shè)設(shè)。材料：一般般采用用鋼支支撐，，如鋼鋼管、、鋼軌軌等，，支撐撐強度度大，，便于于安裝裝。31（2）回填回填的的主要要作用用是抵抵抗彎彎矩和和水平平位移移。單單側(cè)回回填：：若一一側(cè)有有支撐撐，另另一側(cè)側(cè)可進進行回回填，，起到到下部部支撐撐的作作用雙雙側(cè)回回填：：如果果不加加支撐撐，應應采用用雙側(cè)側(cè)回填填；回回填填一般般采用用片石石混凝凝土，，片石石可用用正洞洞開挖挖的渣渣石。。(3)兩側(cè)正正洞大大致同同步施施工、、對稱稱開挖挖，兩兩掌子子面不不要離離得太太遠，，以使使中隔隔墻墻受力力及早早得到到平衡衡。實際工工程中中大多多采用用非對對稱開開挖，，先施施工一一側(cè)正正洞，，再施施工另另一側(cè)側(cè)正洞洞。。先施施工的的正洞洞可以以在貫貫通后后再施施工另另一洞洞，也也可相相錯一一定距距離交交替施施工工。(4)在中隔隔墻位位置布布置底底板錨錨桿，，錨桿桿與中中隔墻墻鋼筋筋連接接成整整體，，以防防止發(fā)發(fā)生生水水平位位移、、抵抗抗傾覆覆。(5)及早施施做仰仰拱，，將中中隔墻墻基礎(chǔ)礎(chǔ)部分分加以以固定定，限限制其其發(fā)生生水平平位移移。條條件件允允許，，應及及早進進行拱拱部襯襯砌，，與仰仰拱形形成一一個閉閉合結(jié)結(jié)構(gòu)。。(6)在施工工中隔隔墻時時，將將中導導洞底底板做做適當當臥底底，增增大混混凝土土與底底板之之間的的摩擦擦力，，起到到阻止止中隔隔墻水水平位位移的的作用用。以以上上措施施可根根據(jù)具具體情情況單單獨采采用或或者多多種聯(lián)聯(lián)合采采用。。326.洞口施施工管棚鉆鉆機正在進進行管管棚施施工33側(cè)導洞洞開挖挖347結(jié)論與與建議議通過工工程實實際以以及對對以上上問題題的分分析，，得到到以下下結(jié)論論和建建議：：（（1）中中導洞洞宜采采用非非對稱稱性布布置，，以方方便通通行和和采取取保持持中隔隔墻總總結(jié)目目前前雙雙連拱拱隧道道的穩(wěn)穩(wěn)定的的措施施。（（2）中中隔墻墻宜在在導洞洞全洞洞貫通通后再再施做做，以以提高高中導導洞的的施工工速度度。（（3）中中隔墻墻與正正洞宜宜相錯錯一定定距離離同時時施工工、平平行作作業(yè)，