連拱隧道中導(dǎo)洞正臺階法施工技術(shù)

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摘要：本文以高速公路雙連拱隧道施工為例，介紹了連拱隧道中導(dǎo)洞-正臺階法施工工藝和監(jiān)控量測技術(shù)，提出了雙連拱隧道中導(dǎo)洞施工關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制措施，以期為類似工程提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：連拱隧道；中導(dǎo)洞-正臺階法；中隔墻；監(jiān)控量測

1概述

雙連拱隧道由于具有占地面積較小、功能性強、環(huán)保等優(yōu)點，在公路隧道中普遍應(yīng)用，相比單洞隧道施工難度較大。與分離式隧道相比，雙連拱隧道是一種上、下行線連體設(shè)置，中隔墻分離隧道。雙連拱隧道修建過程中由于雙拱相互影響、初期支護(hù)受力不明確，開挖和支護(hù)難度大、干擾因素多，施工方法選擇尤為重要，決定了連拱隧道的施工安全、質(zhì)量。聞家鋪子隧道長170m，最大埋深45m，圍巖主要以強風(fēng)化泥質(zhì)板巖為主且穩(wěn)定性差。根據(jù)連拱隧道地形、圍巖條件及結(jié)合工期要求，采用中導(dǎo)洞三臺階預(yù)留核心土法施工。

2中導(dǎo)洞臺階法施工工藝

2.1隧道施工方法

隧道圍巖分別為Ⅳ和V級圍巖，根據(jù)復(fù)合式襯砌類型、工期要求、地質(zhì)條件等因素，經(jīng)過對三臺階、側(cè)壁導(dǎo)坑等方案比選，采用中導(dǎo)洞三臺階預(yù)留核心土法施工。先進(jìn)行中隔墻施工，再進(jìn)行后兩側(cè)主洞的施工。開挖過程盡量減少對圍巖擾動降，同時利用初期支護(hù)封閉成環(huán)，以控制圍巖變形量。同步加強對圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測，掌握圍巖實時動態(tài)變化，精準(zhǔn)把握工序施做時機、調(diào)整施工工藝和支護(hù)設(shè)計參數(shù)。

2.2中導(dǎo)洞三臺階法施工工序

中導(dǎo)洞必須先期施工，中導(dǎo)洞主要施工工藝流程如下：中導(dǎo)洞掘進(jìn)（臺階法）→中導(dǎo)洞支護(hù)施工頂部錨桿→隧道底部加固錨桿→中隔墻基礎(chǔ)、澆筑墻身施工→中隔墻回填（與兩側(cè)主動開挖同步）。中隔墻回填后才能進(jìn)行兩側(cè)主洞交替開挖作業(yè)，主洞開挖應(yīng)結(jié)合中隔墻側(cè)面回填順序，利用中隔墻回填進(jìn)行反壓，保證主洞開挖面穩(wěn)定。兩側(cè)主洞施工工藝流程：先開挖側(cè)洞施工：開挖先行施工側(cè)主洞上臺階，同步超前支護(hù)施工→初期支護(hù)施工→開挖中臺階核心土→初期支護(hù)施工→開挖下臺階→臨時支護(hù)拆除→初期支護(hù)施工→施作仰拱及矮邊墻→澆筑二次襯砌。后開挖側(cè)洞施工與先開挖側(cè)洞施工工藝相同，僅開挖時間適當(dāng)滯后。

3施工重難點

①由于聞家鋪子隧道圍巖結(jié)構(gòu)自穩(wěn)定性較差，中導(dǎo)洞開挖工藝采用上下臺階法。中導(dǎo)洞空間狹小，大型機械難以展開，主要采用人工輔助小挖掘機掘進(jìn)工藝，是該隧道的施工難點。②一般中隔墻頂和中導(dǎo)洞初期支護(hù)存在空隙，中隔墻墻頂不能一次性澆筑到位。③主洞開挖過程中受力的轉(zhuǎn)換。連拱隧道上、下行線路間距小，先行洞和后行洞受力體系平衡是重點，主洞開挖時是連拱隧道最不利穩(wěn)定狀態(tài)，如何采用合理的施工措施確保左、右洞初支拱圈、圍巖及中隔墻之間受力體系的轉(zhuǎn)換是施工控制的關(guān)鍵技術(shù)。④兩側(cè)主動開挖打破原有土體結(jié)構(gòu)平衡，應(yīng)力分布變化復(fù)雜，如連拱隧道兩側(cè)主洞的開挖距離短，兩側(cè)主動開挖互相影響，加劇圍巖結(jié)構(gòu)變形，影響隧道的施工安全。因此連拱隧道兩側(cè)主動施工，兩側(cè)主動開挖距離必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求控制，先行施工主洞圍巖穩(wěn)定初期支護(hù)及時施工后方可進(jìn)行后行段主動開挖施工。⑤主洞施工時初支沉降控制，采用三臺階工法施工初支工字鋼落地成環(huán)周期長，在施工過程中初支鋼拱架的拱頂和側(cè)邊拱腰的沉降是不可避免的，如何有效控制初支沉降是保證后期二襯正常施工的關(guān)鍵。

4施工質(zhì)量控制措施

4.1中隔墻頂注漿

前期中隔墻施工時中隔墻頂部混凝土澆筑密實度不佳，后續(xù)主洞施工前，需對中隔墻頂部采用水泥漿液進(jìn)行注漿，一般注漿壓力0.25~0.3MPa。注漿管分布示意圖見圖1。

4.2微震控爆和中隔墻保護(hù)措施

4.2.1爆破設(shè)計4.2.1.1炸藥品種的選擇由于炸藥爆速對爆破震動有直接的影響，爆速越高爆破產(chǎn)生的震動越大，針對本隧道圍巖情況，在掏槽眼和崩落眼中選用2＃巖石乳化炸藥，在周邊眼中選用直徑20mm的低爆速光爆炸藥。4.2.1.2炮眼布置在爆破工程中，掏槽眼是產(chǎn)生最大震動速度的部位，因此選用減震效果較好的單楔形掏槽，炮眼水平傾角70度，循環(huán)進(jìn)尺0.6～0.8m，周邊眼間距45cm。4.2.1.3裝藥結(jié)構(gòu)為達(dá)到光面爆破效果，周邊眼采用空氣柱間隔式裝藥，炮眼同時爆炸，激起相向傳播的空氣沖擊波，增高應(yīng)力值，利用沖擊波反射合碰撞，提高作用范圍，從而減少對周圍巖體的破壞。對于軟硬巖層相間應(yīng)力場分布不均地段，采用相鄰炮眼正反向起爆，從而達(dá)到最佳控爆效果。4.2.1.4炮眼單孔裝藥量掏槽眼單孔裝藥量q＝0.55，崩落眼和周邊眼q＝0.35。

4.2.2爆破過程中對中隔墻的保護(hù)①爆破設(shè)計中對于鄰近中隔墻的炮眼，采用密封布置，減少裝藥量，分段爆破的方式，從而減少爆破疊加拋石。②為避免爆破作業(yè)對中隔墻混凝土表面產(chǎn)生破壞，施工過程中距離掌子面20m范圍內(nèi)的中導(dǎo)洞初期支護(hù)保留，用作對中隔墻的隔離屏障以阻擋爆破拋石。

4.3施工過程中受力體系的轉(zhuǎn)換

隧道施工中因正洞的開挖將拆除中導(dǎo)洞臨時支護(hù)，同時由于先施工右洞，右洞初期支護(hù)拱圈和左洞圍巖將分別對中隔墻和中導(dǎo)洞臨時支護(hù)產(chǎn)生偏壓力，施工中圍巖結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化，安全穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的受力體系是雙連拱隧道施工的重點。受力體系轉(zhuǎn)換方法如下：右洞開挖前在中隔墻左側(cè)完成中隔墻的回填，同時完成中隔墻頂部防水施工，并對中隔墻頂部中夾巖注漿加固。

4.4先行洞和后行洞的合理間距

主洞施工步距控制是確保連拱隧道結(jié)構(gòu)受力平衡，確保施工安全和圍巖的穩(wěn)定的主要施工措施。根據(jù)聞家鋪子隧道施工經(jīng)驗，施工過程中，后行洞仰拱施工應(yīng)超前先行洞，一般控制在10m左右，且超前先行洞二次襯砌。根據(jù)新奧法原理，后行洞需經(jīng)監(jiān)控量確保測初支沉降基本穩(wěn)定后，才能施工二襯，二襯施工采用左右洞對稱同步向前推進(jìn)。在開挖控制方面，后行洞的掌子面一般要超過先行洞二襯，一般不低于20m。

4.5主洞初支沉降控制措施

主洞隧道應(yīng)嚴(yán)格遵循“弱爆破、短進(jìn)尺、少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的施工原則。根據(jù)監(jiān)控量測分析結(jié)果合理調(diào)整開挖工藝及圍巖支護(hù)設(shè)計參數(shù)。施工過程中應(yīng)適當(dāng)預(yù)留初期支護(hù)變形量，預(yù)留變形量參數(shù)以同類監(jiān)控量測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對于圍巖變形較大地段，應(yīng)該適當(dāng)加強鎖腳錨桿的數(shù)量，必要時設(shè)置臨時仰拱和臨時支撐結(jié)構(gòu)，以防止圍巖大變形造成隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞失穩(wěn)。

4.6施工過程中的監(jiān)控量測

雙連拱隧道主要量測項目：拱頂下沉、初支收斂、地表下沉、仰拱隆起。施工過程中按設(shè)計要求及施工工藝布置測量點，測點布置見圖2。通過觀測數(shù)據(jù)分析，繪制出位移（μ）－時間（t）和位移（μ）－距開挖面距離（L）的關(guān)系曲線，當(dāng)隧道凈值收斂值的速度明顯下降時，收斂已達(dá)總收斂值的80～90％且水平收斂速度小于0.2mm/d和拱頂下沉速度小于0.1mm/d時可認(rèn)為圍巖基本穩(wěn)定，即可進(jìn)入二襯施工工序。當(dāng)隧道噴混凝土出現(xiàn)明顯裂縫或隧道支護(hù)表面任何部位的實測收斂值達(dá)到抗限標(biāo)準(zhǔn)的70％且收斂速度明顯下降時，應(yīng)由回歸方程推算出最終位移值，若最終位移值超限，應(yīng)立即采取補強初期支護(hù)措施，并改變支護(hù)參數(shù)。

5結(jié)語

通過正臺階法施工技術(shù)在雙連拱隧道施工中的應(yīng)用，得出如下結(jié)論：①軟弱圍巖的連拱隧道施工采用中洞坑-正臺階法施工可行，中導(dǎo)洞施工施工優(yōu)勢體現(xiàn)在三個方面：一是超前地質(zhì)預(yù)報；二是作為通風(fēng)通道改善主洞施工作業(yè)環(huán)境；三是改變圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)，確保施工安全。②動態(tài)調(diào)整的支護(hù)手段及現(xiàn)場監(jiān)控量測系統(tǒng)的應(yīng)用，能有效的監(jiān)控洞室周邊巖體及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，保證連拱隧道的正常開挖及受力體系轉(zhuǎn)換。③在軟弱圍巖中雙連拱隧道兩側(cè)正洞應(yīng)保持安全施工距離，先行施工的洞室要及時支護(hù)、襯砌及時封閉成環(huán)，后施工的洞室要在先施工洞室主體結(jié)構(gòu)完成后及時跟進(jìn)，以確保隧道安全。④連拱隧道施工，中隔墻的穩(wěn)定是重中之重。中隔墻施工完畢后才能進(jìn)行后續(xù)兩側(cè)主洞施工，因此中隔墻是雙連拱隧道施工的核心，中隔墻是整個隧道體系轉(zhuǎn)換過程中的有效支撐點，在主洞施工中必須保證其穩(wěn)定性，做好中隔墻反壓回填，保證中隔墻自身體系穩(wěn)固，是后續(xù)主洞施工的關(guān)鍵。

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作者：張寶明 單位：中鐵十七局集團第三工程有限公司