双连拱隧道中导洞正台阶法施工技术

张宝明

摘要：本文以高速公路双连拱隧道施工为例，介绍了连拱隧道中导洞-正台阶法施工工艺和监控量测技术，提出了双连拱隧道中导洞施工关键技术及质量控制措施，以期为类似工程提供借鉴和参考。

Abstract： This article takes the construction of a double-arch tunnel on a highway as an example， introduces the construction technology and monitoring measurement technology of the middle guide tunnel-positive step method in the double-arch tunnel， and proposes the key technology and quality control measures for the construction of the middle guide tunnel in the double-arch tunnel， with a view to providing reference for similar projects.

关键词：连拱隧道;中导洞-正台阶法;中隔墙;监控量测

Key words： double-arch tunnel;middle guide tunnel-positive step method;middle partition wall;monitoring measurement

中图分类号：U455.1                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0131-03

1  概述

双连拱隧道由于具有占地面积较小、功能性强、环保等优点，在公路隧道中普遍应用，相比单洞隧道施工难度较大。与分离式隧道相比，双连拱隧道是一种上、下行线连体设置，中隔墙分离隧道。双连拱隧道修建过程中由于双拱相互影响、初期支护受力不明确，开挖和支护难度大、干扰因素多，施工方法选择尤为重要，决定了连拱隧道的施工安全、质量。闻家铺子隧道长170m，最大埋深45m，围岩主要以强风化泥质板岩为主且稳定性差。根据连拱隧道地形、围岩条件及结合工期要求，采用中导洞三台阶预留核心土法施工。

2  中导洞台阶法施工工艺

2.1 隧道施工方法

隧道围岩分别为Ⅳ和V级围岩，根据复合式衬砌类型、工期要求、地质条件等因素，经过对三台阶、侧壁导坑等方案比选，采用中导洞三台阶预留核心土法施工。先进行中隔墙施工，再进行后两侧主洞的施工。开挖过程尽量减少对围岩扰动降，同时利用初期支护封闭成环，以控制围岩变形量。同步加强对围岩支护结构变形监测，掌握圍岩实时动态变化，精准把握工序施做时机、调整施工工艺和支护设计参数。

2.2 中导洞三台阶法施工工序

中导洞必须先期施工，中导洞主要施工工艺流程如下：中导洞掘进（台阶法） →中导洞支护施工顶部锚杆→ 隧道底部加固锚杆→中隔墙基础、浇筑墙身施工→中隔墙回填（与两侧主动开挖同步）。

中隔墙回填后才能进行两侧主洞交替开挖作业，主洞开挖应结合中隔墙侧面回填顺序，利用中隔墙回填进行反压，保证主洞开挖面稳定。两侧主洞施工工艺流程：先开挖侧洞施工：开挖先行施工侧主洞上台阶，同步超前支护施工→初期支护施工→开挖中台阶核心土→初期支护施工→开挖下台阶→临时支护拆除→初期支护施工→施作仰拱及矮边墙→浇筑二次衬砌。后开挖侧洞施工与先开挖侧洞施工工艺相同，仅开挖时间适当滞后。

3  施工重难点

①由于闻家铺子隧道围岩结构自稳定性较差，中导洞开挖工艺采用上下台阶法。中导洞空间狭小，大型机械难以展开，主要采用人工辅助小挖掘机掘进工艺，是该隧道的施工难点。

②一般中隔墙顶和中导洞初期支护存在空隙，中隔墙墙顶不能一次性浇筑到位。

③主洞开挖过程中受力的转换。连拱隧道上、下行线路间距小，先行洞和后行洞受力体系平衡是重点，主洞开挖时是连拱隧道最不利稳定状态，如何采用合理的施工措施确保左、右洞初支拱圈、围岩及中隔墙之间受力体系的转换是施工控制的关键技术。

④两侧主动开挖打破原有土体结构平衡，应力分布变化复杂，如连拱隧道两侧主洞的开挖距离短，两侧主动开挖互相影响，加剧围岩结构变形，影响隧道的施工安全。因此连拱隧道两侧主动施工，两侧主动开挖距离必须严格按照规范要求控制，先行施工主洞围岩稳定初期支护及时施工后方可进行后行段主动开挖施工。

⑤主洞施工时初支沉降控制，采用三台阶工法施工初支工字钢落地成环周期长，在施工过程中初支钢拱架的拱顶和侧边拱腰的沉降是不可避免的，如何有效控制初支沉降是保证后期二衬正常施工的关键。

4  施工质量控制措施

4.1 中隔墙顶注浆

前期中隔墙施工时中隔墙顶部混凝土浇筑密实度不佳，后续主洞施工前，需对中隔墙顶部采用水泥浆液进行注浆，一般注浆压力0.25～0.3MPa。注浆管分布示意图见图1。

4.2 微震控爆和中隔墙保护措施

4.2.1 爆破设计

4.2.1.1 炸药品种的选择

由于炸药爆速对爆破震动有直接的影响，爆速越高爆破产生的震动越大，针对本隧道围岩情况，在掏槽眼和崩落眼中选用2#岩石乳化炸药，在周边眼中选用直径20mm的低爆速光爆炸药。

4.2.1.2 炮眼布置

在爆破工程中，掏槽眼是产生最大震动速度的部位，因此选用减震效果较好的单楔形掏槽，炮眼水平倾角70度，循环进尺0.6～0.8m，周边眼间距45cm。

4.2.1.3 装药结构

为达到光面爆破效果，周边眼采用空气柱间隔式装药，炮眼同时爆炸，激起相向传播的空气冲击波，增高应力值，利用冲击波反射合碰撞，提高作用范围，从而减少对周围岩体的破坏。对于软硬岩层相间应力场分布不均地段，采用相邻炮眼正反向起爆，从而达到最佳控爆效果。

4.2.1.4 炮眼单孔装药量

掏槽眼单孔装药量q=0.55，崩落眼和周边眼q=0.35。

4.2.2 爆破过程中对中隔墙的保护

①爆破设计中对于邻近中隔墙的炮眼，采用密封布置，减少装药量，分段爆破的方式，从而减少爆破叠加抛石。

②为避免爆破作业对中隔墙混凝土表面产生破坏，施工过程中距离掌子面20m范围内的中导洞初期支护保留，用作对中隔墙的隔离屏障以阻挡爆破抛石。

4.3 施工过程中受力体系的转换

隧道施工中因正洞的开挖将拆除中导洞临时支护，同时由于先施工右洞，右洞初期支护拱圈和左洞围岩将分别对中隔墙和中导洞临时支护产生偏压力，施工中围岩结构体系发生变化，安全稳定的转换结构的受力体系是双连拱隧道施工的重点。受力体系转换方法如下：右洞开挖前在中隔墙左侧完成中隔墙的回填，同时完成中隔墙顶部防水施工，并对中隔墙顶部中夹岩注浆加固。

4.4 先行洞和后行洞的合理间距

主洞施工步距控制是确保连拱隧道结构受力平衡，确保施工安全和围岩的稳定的主要施工措施。根据闻家铺子隧道施工经验，施工过程中，后行洞仰拱施工应超前先行洞，一般控制在10m左右，且超前先行洞二次衬砌。根据新奥法原理，后行洞需經监控量确保测初支沉降基本稳定后，才能施工二衬，二衬施工采用左右洞对称同步向前推进。在开挖控制方面，后行洞的掌子面一般要超过先行洞二衬，一般不低于20m。

4.5 主洞初支沉降控制措施

主洞隧道应严格遵循“弱爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的施工原则。根据监控量测分析结果合理调整开挖工艺及围岩支护设计参数。施工过程中应适当预留初期支护变形量，预留变形量参数以同类监控量测数据为依据，对于围岩变形较大地段，应该适当加强锁脚锚杆的数量，必要时设置临时仰拱和临时支撑结构，以防止围岩大变形造成隧道支护结构破坏失稳。

4.6 施工过程中的监控量测

双连拱隧道主要量测项目：拱顶下沉、初支收敛、地表下沉、仰拱隆起。施工过程中按设计要求及施工工艺布置测量点，测点布置见图2。通过观测数据分析，绘制出位移（μ）-时间（t）和位移（μ）-距开挖面距离（L）的关系曲线，当隧道净值收敛值的速度明显下降时，收敛已达总收敛值的80～90%且水平收敛速度小于0.2mm/d和拱顶下沉速度小于0.1mm/d时可认为围岩基本稳定，即可进入二衬施工工序。当隧道喷混凝土出现明显裂缝或隧道支护表面任何部位的实测收敛值达到抗限标准的70%且收敛速度明显下降时，应由回归方程推算出最终位移值，若最终位移值超限，应立即采取补强初期支护措施，并改变支护参数。

5  结语

通过正台阶法施工技术在双连拱隧道施工中的应用，得出如下结论：

①软弱围岩的连拱隧道施工采用中洞坑-正台阶法施工可行，中导洞施工施工优势体现在三个方面：一是超前地质预报;二是作为通风通道改善主洞施工作业环境;三是改变围岩应力分布状态，确保施工安全。

②动态调整的支护手段及现场监控量测系统的应用，能有效的监控洞室周边岩体及支护结构的安全，保证连拱隧道的正常开挖及受力体系转换。

③在软弱围岩中双连拱隧道两侧正洞应保持安全施工距离，先行施工的洞室要及时支护、衬砌及时封闭成环，后施工的洞室要在先施工洞室主体结构完成后及时跟进，以确保隧道安全。

④连拱隧道施工，中隔墙的稳定是重中之重。中隔墙施工完毕后才能进行后续两侧主洞施工，因此中隔墙是双连拱隧道施工的核心，中隔墙是整个隧道体系转换过程中的有效支撑点，在主洞施工中必须保证其稳定性，做好中隔墙反压回填，保证中隔墙自身体系稳固，是后续主洞施工的关键。

参考文献：

[1]杨学奇，王明年，陈树汪，刘大刚.软弱地层的大断面双连拱隧道设计与施工方案优化研究[J].隧道建设（中英文），2019，39（S2）：176-184.

[2]胡志平，马甲宽，邓红涛，杨辉，张永辉.双连拱地铁隧道施工关键技术及力学行为模拟[J].铁道工程学报，2020，37（03）：95-100.

[3]张广辉.公路双连拱隧道施工技术研究[J].四川水泥，2020（01）：273.