双联拱隧道综合标准施工基础工艺.doc

双联拱隧道施工工艺
胡红卫
中铁隧道集团一处 453000
摘 要:双联拱隧道在其结构上和单拱隧道有较大区分，且为多年来才逐步被应用于高等级公路中，怎样在其施工过程中把握关键点，吸收经验教训，逐步熟悉并掌握其施工工艺有着很关键意义。本文关键介绍元磨高速公路十一协议段老苍坡3#、4#、5#、6#隧道施工过程工艺控制，包含双联拱隧道结构特点、中导洞及三导洞开挖方法、衬砌施工工艺、特殊问题处理等内容，并提出了自己对双联拱隧道设计及施工见解及提议，以供其它双联拱隧道设计及施工参考。
关键词：双联拱隧道、施工工艺

国家西部大开发战略给西部地域交通建设带来了机遇，在山区面积所占百分比较大西部地域设计修建高等级公路大多处于山岭重丘地段，在地形地质条件复杂山岭重丘地域高等级公路中应用双联拱隧道含相关键意义。 云南省元（江）-磨（黑）高速公路就是西部大开发战略中打通东南亚国际大通道昆明至曼谷公路中一段，全长147km，沿线经过哀牢山和无量山脉，山高谷深，全线桥隧所占百分比达30％以上，双联拱隧道在该公路上得到了广泛应用，全线共设计双联拱隧道15座，总长占全线隧道65％，是中国现在双联拱隧道最多一条公路。本文关键结合元磨公路施工情况从以下多个方面介绍双联拱隧道特点及施工工艺。
1、设计概况及特点
双联拱隧道是在高速公路经过山势不高、纵向长度较短、横坡较陡、公路上下行线在此分离不开地段设置双跨连拱隧道，其单跨断面为单心圆结构，边墙为曲墙，中墙为直墙，单跨净宽11.4米左右，净高7.8米左右，上下行线隧道经过厚2米钢筋砼中隔墙相连，早期支护依据地质情况分别采取工字钢及花拱架两种形式，WTD25锚杆、挂网、喷砼和单跨隧道基础相同，二衬采取模 图1 双联拱隧道洞门
筑钢筋砼结构。
联拱隧道经过地段地质条件特殊性决定了其在设计和施工上含有以下特点：
1.1埋深浅、长度短
因联拱隧道经过地段通常山势较低，其最大埋深通常在50至80米之间，长度通常在500米以下，在山势较高、纵向长度较长地段通常不采取联拱隧道而采取上下行线分开单拱隧道；
1.2偏压
联拱隧道经过地段通常地势较陡，上下行线两侧埋深不一样，整条隧道也就不一样程度存在偏压，尤其是洞口段偏压比较严重，这给隧道施工尤其是洞口段施工带来了很大困难；
1.3地质条件复杂
因为埋深浅，联拱隧道经过地段通常地质条件比较复杂，围岩软弱破碎，节剪发育，地表水对隧道内涌水量大小影响较大，雨季施工困难，元磨公路所在地域雨季集中，降雨量大，更给安全施工增加了难度；
1.4跨度大
和铁路隧道相比，单跨公路隧道本身跨度就较大，而联拱隧道将上下行线单拱隧道连在一起，其跨度是单拱隧道两倍，最大开挖跨度在26.4米左右，相当于铁路车站隧道跨度，而且结构复杂，施工很困难；
1.5施工工序复杂、工序间相互影响大
双联拱隧道设计特点决定了其施工必需分多个步骤进行，各个工序间相互影响又很大，这就要求双联拱隧道施工必需要有科学合理施组设计，理清各个工序前后次序及相互关系，在施工过程中尽可能减小各个工序之间相互影响，并依据施工中实际情况灵活调整工序安排，确保安全、优质建好双联拱隧道。
2、施工工艺
2.1开挖施工
因双联拱隧道含有埋深浅、跨度大、地质条件复杂、围岩风化破碎、受雨季地表水影响大特点，开挖施工必需遵照“短进尺、弱爆破、强支护、早闭合”标准，依据设计要求严格进行监控量测，并把量测结果反馈到施工中去，立即调整施工方案，确保安全施工。依据围岩情况不一样，现在双联拱隧道开挖施工关键有中导洞和三导洞两种施工方法。
(1)中导洞施工法
中导洞施工法就是首先在连接上下行线隧道中隔墙处贯通一条小断面导洞，并施工中隔墙砼，然后再开挖上下行线正洞施工方法。其施工步骤图2。
中导洞法 三导洞法
图2 开挖次序示意图
中导洞开挖法施工次序说明：
1、中导洞开挖及早期支护施工 2、中隔墙砼施工
3、正洞拱部开挖及早期支护施工 4、正洞下部开挖两侧开槽及早期支护
5、中间部分开挖
三导洞开挖法施工次序说明：
1、中、侧导洞开挖及早期支护施工 2、中隔墙、边墙砼施工
3、正洞拱部开挖及早期支护施工 4、正洞下部开挖施工
依据隧道进出口地形条件及施工场地实际情况，中导洞开挖能够从隧道两端同时施工，在隧道中间贯通，也能够从隧道一端开始施工，在另一端贯通。依据地质条件不一样，中导洞开挖分全断面和短台阶两种施工方法，在围岩整体性很好、节理不发育地段采取全断面法开挖中导洞能够加紧施工进度，在围岩破碎、节剪发育和在洞口地段采取短台阶法开挖中导洞能够确保施工安全。不管采取哪一个开挖方法，均采取光面爆破技术，尽可能减小中导洞爆破对两侧正洞围岩扰动，每循环进尺通常要控制在1米以下，围岩很好情况下最多也不能超出1.5米，支护要紧跟开挖面，不许可围岩暴露时间太长，杜绝坍方，因为中导洞即使有小面积坍方也会给正洞开挖带来很大影响。
中隔墙砼施工次序和中导洞开挖次序刚好相反，依据现场情况可采取从隧道中间向两端施工次序，也能够采取从隧道一端向另一端施工方法。如一座隧道只设一个砼拌和站，通常采取从远离拌和站一端向靠近拌和站一端施工次序，但在工期较紧情况下也能够发明施工条件采取从隧道中间向两端同时施工次序。
为减轻相互影响，上下行线正洞开挖不能齐头并进，必需一前一后错开20到40米距离。单跨正洞采取先拱后墙法分台阶进行开挖，拱墙开挖均采取光面爆破技术，以确保隧道开挖成形及减小爆破对围岩扰动。拱部开挖高度通常在3.5米至4米比较适宜，爆破设计要注意尽可能减小对中隔墙影响，绝不许可将中导洞作为临空面进行爆破设计，开挖进尺要控制在1米以内，因进度较小掏槽采取直眼或斜眼掏槽均可。光面爆破参数见下表。
光 面 爆 破 参 数 表
围岩类别
装药不偶合系数k
周围眼间距
E(cm)
周围眼最小抵御线W(cm)
相对距
E/W
周围眼装药集中度q(Kg/m)
III类
1.5～2.0
45～60
60～75
0.8～1.0
0.20～0.30
II类
2.0～2.5
30～50
40～60
0.5～0.8
0.07～0.15

下部开挖要先在边墙处开槽，将拱部早期支护接下来后再开挖中间部分。边墙开挖除采取光面爆破外还要注意进尺不能太大，最多开挖出两榀钢支撑位置就立即施作早期支护，封闭围岩，预防因拱部支护长时间悬空而造成坍方。
(2)三导洞施工法
三导洞施工法是除在中隔墙处开挖一导洞外在上下行隧道两侧分别开挖一条侧导洞，在中墙砼和边墙砼施工完后再开挖上下行线正洞。其施工步骤图二。
侧导洞施工方法和中导洞相同，三导洞施工完后正洞开挖还分上下台阶进行，但早期支护施工次序和中导洞法不一样，属先墙后拱而不是先拱后墙，因侧导洞开挖过程中正洞边墙早期支护已施作。正洞上下台阶开挖爆破设计时均要考虑尽可能减小爆破对中隔墙及侧墙影响，尤其是下部开挖时不能认为早期支护已全部施工完而随意增加药量、加大进尺，造成已施作早期支护垮坍。
从以上两种施工方法施工过程能够看出，中导洞施工法含有工序简单、临时支护量及拆除量小、工期短、成本低优点，但在地质条件复杂、围岩破碎地段不利于安全施工，而三导洞施工含有正洞支护闭合早、施工安全优点，但工序复杂、工期长、成本高，两种施工方法要依据隧道实际地质情况灵活利用，在地质条件复杂、围岩破碎、节剪发育、涌水量大隧道和洞口浅埋偏压、围岩软弱段通常采取三导洞法施工，而在围岩条件很好地段通常采取中导洞法施工。
2.2支护体系施工
(1)超前支护
前面已经提过，双联拱隧道多在软弱、破碎、自稳时间短围岩中，为预防冒顶塌方或地表有害下沉，除采取中导洞、侧导洞及分台阶开挖施工方法外，还要采取先支护后开挖即超前支护施工工艺。联拱隧道洞口段Ⅱ类围岩通常采取Ф108x6mm超前大管棚支护，Ⅲ类围岩采取Ф42超前小管棚支护。大管棚通常在洞口一次性施工，但假如管棚设计太长（大于40米），且洞口在曲线上，一次施工极难确保管棚安设位置正确时，也能够在洞内扩大开挖断面，分两次或数次施工。在施工大管棚前，砼护拱、导向管位置、角度必需按设计要求进行施工及安装，水平钻机操作平台必需牢靠、安全，架立钻机时应正确核定孔位，确保钻机钻杆线和管棚设计轴线吻合和钻机在钻进过程中不发生偏移和倾斜。钢管分节最好长度为4到6米，安设次序要科学合理，相邻两根钢管接头不许可在一个断面上，水泥浆必需按设计配合比配制，终压力控制在1.5～2.0MPa之间。
超前小导管采取风钻钻孔，在开挖掌子面钢拱架立好后开始钻孔，导管宜从拱架腹部穿入，特殊情况下也能够从底部或顶部穿入，小导管长度应按设计要求施作，通常大于4米，隔榀钢拱架设一环，确保每次爆破后掌子面顶部最少留两环小管棚。钻孔时应确保小钢管外插角在3°到5°之间，孔位偏差不超出100mm，孔眼长度应大于钢管长度100mm左右，导管注浆必需按设计配合比及注浆压力施工。
(2)早期支护
联拱隧道Ⅱ类围岩早期支护通常采取工字钢架加喷锚网喷支护，Ⅲ类围岩采取格栅钢架加喷锚网喷支护，锚杆采取WTD25中空注浆锚杆，喷砼采取湿喷工艺。不管采取哪种支护形式，在联拱隧道施工过程中全部要遵照短进尺、早封闭标准，必需一炮一护，预防围岩暴露时间太长而引发坍方，尤其是正洞下部开挖钢架接腿时要控制好进度，绝不许可使拱部早期支护长距离或连续长时间悬空。早期支护施工步骤以下：
爆破
找顶
初喷
打锚杆
立钢架
挂网
喷砼
测量
打眼
装药
注浆
打小导管

锚杆长度、角度、间距、注浆必需按设计施工，钢拱架按设计位置安设，相邻两榀钢架用纵向钢筋连接，并和拱墙锚杆连在一起，钢架拱脚必需放在基础或原状土上，钢架和围岩之间应尽可能贴近，在有较大间隙时应设垫块。每循环钢架施作时间最好控制在2小时以内。
(3)仰拱、填充及二次衬砌
双联拱隧道仰拱、二次衬砌均采取钢筋砼。正洞下部开挖完后应立即施作仰拱，使之和拱墙早期支护形成一封闭环，以立即改变中隔墙、边墙及拱部早期支护受力情况。在施工完填充砼后应尽早施作二次衬砌。
仰拱钢筋必需和中隔墙及边墙底部预留钢筋焊接牢靠，反拱度必需符合设计要求。填充砼施工要确保顶部平整度，以利于路面砼施工。
二次衬砌砼施工依据实际情况可采取整体模板台车或拼装工字钢架两种方法施工。整体模板台车含有定位快、位置正确、不轻易变形、易于确保衬砌外观质量等优点，适宜于在较长直线或大半径曲线隧道中使用；拼装工字钢架含有设备简单、成本低、使用灵活优点，适宜于在较短隧道中使用，尤其是在小半径曲线隧道中更能发挥其优点。
2.3防排水系统施工
因地表水对双联拱隧道内涌水影响较大，而公路隧道对渗漏水要求又较高，故其防排水采取以“防、排”为主，“防、排、堵、截 ”相结合综合治理方法。
(1)洞外截水沟、排水沟必需严格按要求施工，确保地表水顺排水系统排走，尽可能降低地表水向地下渗透，以减小地表水对隧道内涌水影响；
(2)隧道内超前支护、WTD25锚杆注浆必需按设计要求施工，因为它在起到加固围岩同时也在一定程度上起到了堵水作用；
(3)早期支护和围岩之间透水管安设既要尊重设计，又要灵活调整，在涌水量较大地段集中设置，并确保上下连通，将隧道拱墙渗漏水引至两侧水沟内排走；
(4)早期支护和二衬之间防水层和排水管是隧道防排水系统最终一道工序，必需确保其施工质量。在铺设防水层前必需对早期支护面进行整平，打掉棱角、割掉锚杆头，预防划破防水层。元磨公路防水板铺设采取了胶粘和无钉铺设技术，有效改变了热焊及有钉铺设轻易出现漏洞缺点，排水管一定安设牢靠，排水通畅。在施工缝和沉降缝处设止水带。
二衬砼施工前必需对防水系统安设进行严格检验，而且要有专员负责，并有具体检验统计。
3、多个特殊问题处理方法
联拱隧道结构上特点决定了其施工过程中肯定会碰到不一样于单拱隧道特殊问题，怎样科学处理好这些特殊问题是安全、优质地施工好联拱隧道关键。以下多个方面均为联拱隧道施工过程中必需处理好特殊问题，施工过程中必需依据具体情况科学、合理、灵活选择处理方案。
3.1中、侧导洞断面选择
中、侧导洞是为安全开挖正洞而首先开挖贯通辅助导洞，其断面大小在设计上通常没有严格要求，但在正洞开挖施工前必需依据隧道地质情况及施工机械配置情况合理确实定其断面大小，以确保导洞和正洞安全施工。
因中、侧导洞断面通常不宜太大，地质情况对其断面影响原因也较小，选择断面关键是考虑导洞开挖施工机械配置情况。在单口开挖长度大于100米情况下通常采取装载机配汽车出碴，断面宽度最好在5.5米左右，可依据机械设备尺寸合适调整，能满足装载灵巧活装碴即可。在单口开挖长度小于100米情况下也能够采取装载机单独出碴，这种情况下断面尺寸在4米左右即可满足要求。中导洞高度通常比中隔墙高出0.5米即可，太低不利于中隔墙施工，太高会造成中隔墙顶回填量大，且不利于安全。侧导洞高度通常选择和中导洞基础一致。
3.2中隔墙水平推力平衡
前面已经讲过，上、下行线正洞在中导洞及中隔墙施工结束后开始开挖施工，但为减小开挖施工相互影响，上、下行线开挖施工不能齐头并进，必需一前一后错开20到40米距离，这么在上、下行线两个开挖面之间一侧正洞早期支护已支撑在了中隔墙上，而另一侧早期支护还未施工，该段中隔墙肯定要受到一个向未开挖一侧水平推力（图3所表示）。
因该水平推力位置在中隔墙顶部，它对中隔墙危害很大，有可能造成中隔墙开裂，甚至造成重大事故，为平衡这种水平推力，在后开挖一侧要提前给中隔墙打上临时支撑，支撑可用方木或钢管，纵向间距两米设置一排，必需支撑牢靠，在另一侧正洞下部开挖后再拆除。

图3 中隔墙水平推力示意图 图4 中隔墙防排水设计图
3.3中隔墙防水方法
图4所表示，原设计中隔墙防排水方案为在中隔墙顶部设一条φ100纵向透水管，每隔10米用一根φ75硬塑引水管将水引至水沟内。中隔墙顶平铺一层防水板，并和上下行隧道拱墙防水板相连形成一封闭系统，以堵截围岩渗水，使其流入墙顶纵向排水管，最终排至水沟内。在中隔墙两侧边缘每隔10米设一竖向半φ50钢管，将中隔墙渗水引至水沟内。
从原设计排水方案来看，中隔墙顶围岩渗漏水已经有一整套完整排水系统，假如严格按原设计要求施工，中隔墙顶渗漏水理论上能得到控制。但在实际施工中要做到这一点比较困难，中隔墙顶不可避免要出现渗漏水现象，为能够愈加好预防中隔墙渗漏水，我们在施工过程中对原设计防排水方案作了以下改善：
(1)、双连拱隧道施工次序为首先开挖中导洞，施工中隔墙砼，然后再开挖上下行线正洞，并施作早期支护。这么，在中导洞顶部会自然形成一个空区（图5），按原设计该空区应采取浆砌片石回填，这就造成围岩水不能顺利流入中隔墙顶部纵向透水管中，致使排水系统不能正常发挥作用，无法顺利排水。为处理这一问题，在中隔墙顶设一纵向土工布碎石盲沟（图6），盲沟顶用浆砌片石回填，确保围岩水能顺利流入纵向透水管，最终排至水沟内。

图5 中隔墙顶浆砌回填 图6 中隔墙顶设碎石盲沟
（2）、依据原设计，上下行线早期支护中钢拱架要和预埋在中隔墙顶钢板相连，以确保钢拱架稳定性，这么就造成钢拱架必需穿过中隔墙顶预埋防水板，致使该处防水板不密封而漏水。为处理此处漏水，我们采取了先将钢拱架连接螺栓焊接在中隔墙顶预埋钢板上，再使防水板穿过螺栓而不是穿过整个连接钢板，并在连接板中间多加一层土工布及防水板，拧紧连接螺栓，预防该处防水板漏水（图7所表示）。
（3）、为深入预防中隔墙漏水现象，在中隔墙两侧各增设一条纵向φ50透水软管，施工时在中隔墙上左右两侧凿出两条纵向沟槽（深30mm、宽60mm），将透水软管置入槽内，并在软管下侧沿纵向钉一条止水条，使中隔墙顶施工缝中渗出水流入透水软管而不能流出施工缝。纵向每隔10m～15m做一条竖向盲沟，将纵向盲沟内水引至水沟内（参见图8）。

图7 钢拱架连接图 图8 增设纵向排水盲沟图
4、监控量测
监控量测是现代隧道施工关键组成部分，它不仅能指导施工、预报险情、确保安全，而且还能经过现场监测取得围岩动态和支护工作状态数据，为确定和修正早期支
量 测 项 目 及 要 求 表
项目名称
方法及工具
部署
测试频率
1～15天
0.5～1个月
1～3个月
3个月以上
必测项目
地质及支护状态观察
岩性、结构面产状及支护裂缝
观察和描述、地质罗盘
全长度，开挖后及早期支护后进行
每次爆破后及早期支护后
周围位移
收敛计或测杆
每10～50米一个断面，每断面2～3个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
拱顶下沉
精密水准仪
每10～50米一个断面，每断面2～3个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
地质超前预报
TSP202地质超前预报仪
间隔50～100米一个断面
地表下沉
精密水准仪
隧道中心线上并和隧道轴线正交平面一定范围内布设必需数量测点
1次/1～2天
选测项目
围岩内部位移
隧道内钻孔安设位移计
每代表性地段1～2个断面，每断面2～5个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
围岩压力
压力盒
每代表性地段2～10个断面，每断面2～5个测点
1次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
锚杆轴力
测力锚杆
每代表性地段2～10个断面，每断面2～5个测点
1次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
钢支撑内力
测力计
每10榀钢支撑一对测力计
1次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
护参数、确定二次衬砌施作时间提供依据，还能为隧道工程设计和施工积累经验资料，为以后设计和施工提供类比依据，尤其是对应用时间不长双联拱隧道更为关键。
依据双联拱隧道特点，设计上选择了拱顶下沉量测、地质支护状态观察、地表下沉量测、周围位移量测、地质超前预报五个必测项目和围岩内部位移、围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力量测四个选测项目，具体要求见《量测项目及要求表》。
上表中量测频率在施工过程中要依据隧道地质情况及量测结果灵活调整，如洞口段或地质情况较差地段围岩位移较大时量测断面间距可取表中较小值，在地质良好地段量测断面间距可取表中较大值，但在围岩突变处和较弱结构面处应增设量测断面和测点。
5、结语
本文简明介绍了双联拱隧道施工工艺，中国现在单拱隧道施工已经有了相当水平，但双联拱隧道施工起步时间不长，所以在施工过程中不停积累经验，对其施工工艺不停总结创新尤其关键。在双联拱隧道施工过程中，除了要撑握并灵活应用以上介绍施工工艺外还要注意下面多个方面问题：
（1）在开挖施工过程中要立即做好洞内排水系统，严禁洞内积水，排水沟不能沿边墙设置，避免软化边墙基底围岩，使其强度降低，造成隧道坍塌；
（2）仰拱最好在二次衬砌之前施作，使支护体系尽早形成封闭系统；
（3）因为联拱隧道跨度大，洞口通常偏压严重，洞 门刷坡后极易造成山体松动下滑，进而失稳，故洞口工程最好在旱季施工，从开挖到支护时间间隔不能太长，同时加强边、仰坡变形观察，若出现异常情况应立即停止施工并同时采取合适方法后方可继续施工；
（4）当格栅或钢支撑钢垫板下基础较软且有地下水时应合适增设锁脚锚杆，以确保支撑稳定；
（5）在监控量测中应重视超前地质预报工作，应有专职地质人员负责该项工作，除采取地质超前仪等优异设备外还要结合管棚、小导管、炮眼钻孔钻进及已开挖围岩情况进行综合分析，以正确判定出开挖面前方围岩地质情况，立即指导开挖施工；
（6）中导洞及测导洞开挖施工对正洞来说是最好、最正确超前地质预报方法，所以在其开挖过程中要对其围岩情况进行具体、正确统计，以立即指导正洞开挖；
（7）因为联拱隧道跨度大，即使在围岩很好情况下也要坚持采取“短进尺、弱爆破、强支护、早闭合”开挖施工标准，以降低上下行线及上下断面之间爆破相互影响，果断杜绝坍方。

参考资料
1、 胡红卫《双联拱隧道中隔墙防排水方法》，二OO十二个月部优QC结果；
2、 宋冶《软岩浅埋大断面双跨隧道施工监测及支护效果评价》，中国土木工程协会隧道及地下工程协会第八届年会论文集；
3、 元磨高速公路老苍坡5号隧道现场监控量测阶段汇报，内部资料；
4、 胡时友《围岩监控量测技术在浅埋大跨隧道中应用》，中国土木工程协会隧道及地下工程协会第八届年会论文集。

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联络人：胡红卫
联络电话：
修改参考意见：
1、提议增加开挖至衬砌施工中荷载和受力结构转换和防水问题方面叙述。
2、再自行过目一遍，作深入文整和修改即可。