连拱隧道开挖技术研究

2021-03-08中铁十六局集团第五工程有限公司河北唐山063000

砖瓦 2021年1期

陈涛（中铁十六局集团第五工程有限公司，河北唐山 063000）

关键字：连拱隧道；中导洞；中隔墙；开挖；围岩；施工

1 工程概况

王格尔塘3号隧道为兰州至郎木寺高速公路（S2）临夏至合作段施工的一部分，此隧道为一座四车道高速公路连拱隧道。隧址位于大夏河县唐尕昂乡完么多村，隧道起讫桩号：右洞YK69+296～YK69+517，长211m，其中Ⅳ级围岩130m,占隧道总长58.82%，Ⅴ级围岩91m，占隧道总长41.18%；左洞ZK69+287～ZK69+523，长236m，其中Ⅳ级围岩132m,占隧道总长55.93%，Ⅴ级围岩104m,占隧道总长44.07%，（围岩分级情况见表1），中隔墙211m。隧道最大埋深57m。洞内纵坡：左线纵坡2.5%，-0.3%；右线纵坡2.5%，-0.3%。进出口均采用端墙式洞门。

表1 隧道围岩分级情况

本隧道穿过扎油河右岸一段残留三级阶地基座，隧址区属高山峡谷山地地貌单元。隧道兰州端进口位于格河右岸岸坡，自然坡度45°左右，夹岩裸露。郎木寺段出口山坡下陡上缓，上部坡度30°～40°，中下部40°～45°。地势西高东低，区域内海拔高低悬殊，地形复杂，河谷纵横，地形陡峭且切割深邃，山体破碎、侵蚀严重，滑坡、泥石流、崩塌发育。

2 隧道开挖技术

开挖按照“短进尺、弱爆破、少扰动、早喷锚、勤量测、早封闭”的原则进行，洞口加强段采用大管棚超前支护开挖，暗洞中导洞先行开挖。主洞Ⅳ级围岩采用留核心土上、下正台阶法开挖；主洞V 级围岩采用三导洞侧壁导坑法开挖。施工主要工序为中导洞开挖、支护→中隔墙浇筑→侧导洞开挖、支护→隧道衬砌施工。施工时，先开挖中导洞，中导洞开挖完成并贯通后，浇筑中隔墙，中隔墙的浇筑要由里到外进行浇筑，浇筑完成后，根据围岩强度情况，采用不同的方法前后错开30～50m，同时开挖左右两导洞。

2.1 洞口段工程

洞口段施工前，排水设施的施工要完成。采用挖掘机自上而下分层开挖，遇石质地层采用松动爆破，挖掘机、装载机装车，自卸汽车运输。边坡按照设计要求一次整修到位[1]，当在石质的边坡或仰坡上采用预裂爆破法时，爆破后，人工要进行修整，并严格控制边坡超挖，采取措施进行边坡防护。洞口开挖到设计标高后，用推土机整平，压路机压实，当洞口难以压实时，要进行场地硬化。隧道进洞施工正常后，根据设计要求，并结合当地地形尽早进行洞门的施工。

2.2 中导洞开挖

导洞开挖尺寸要满足施工运料要求，本工程V 级围岩中导洞开挖宽度和高度分别为5.9m和6.04m。IV级围岩中导洞开挖宽度和高度分别为5.8m 和5.56m。高度开挖前根据围岩情况，对拱部采用超前小导管或起前锚杆进行预加固后[2]，采用全断面法开挖，围岩风化强烈地段可采用台阶法开挖，中导洞V级围岩段采用上下台阶法开挖，人工使用风镐开挖，弱爆破配合施工；Ⅳ级围岩采用全断面开挖，人工钻眼，光面爆破，装载机装碴，自卸车运输出碴。

2.3 连拱隧道Ⅳ级围岩开挖

连拱隧道Ⅳ级围岩施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则，采取中导洞法，主洞采用留核心土、上下台阶开挖法施工，左右洞交错开挖，左洞先行开挖，右洞滞后30m，短台阶长度3～5m，初期支护紧跟开挖面。施工步序如图1所示。

图1 连拱隧道Ⅳ级围岩施工步序图

施工顺序：

a.中导洞开挖

①中导洞初期支护（挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）；②浇注中隔墙衬砌（墙顶压浆回填、中墙底部注浆加固）。

b.中隔墙侧壁导洞临时支撑

c.左（右）线隧道上导坑开挖（留核心土）

左（右）线隧道上导坑初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）

d.左（右）线隧道拱部留核心土开挖

e.左（右）线隧道下部开挖

①左（右）线隧道下部初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）；②左（右）线隧道仰拱二次衬砌支护；③全断面模筑左（右）线隧道二次衬砌。

在中导洞贯通并完成相应的衬砌支护和中隔墙侧向临时支撑后方可进行，左、右线隧道施工时要求错开施工，纵向间距30m～50m；先行开挖主动二次衬砌工作面和后行开挖主洞开挖面纵向间距10m～20m；主洞采用短台阶法，台阶长度3m～5m，初期支护紧跟开挖工作面，二次衬砌工作面距离仰拱衬砌工作面10m～15m。连拱隧道Ⅳ级围岩地段，每天2 个循环，每循环1.0m，月进尺56m。

2.4 连拱隧道Ⅴ级围岩开挖

连拱隧道Ⅴ级围岩施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强制护、勤量测、早封闭”的原则，掘进采用三导洞法施工，中导洞贯通并浇注完中隔墙砼后，开挖左右侧导洞，左侧导洞先行。V级围岩左、右侧导洞全部开挖、支护完后，开挖左洞拱部断面并施作初期支护，开挖左洞核心土，开挖左洞下断面并及时进行初期支护和仰拱施工；右洞开挖滞后30m；初期支护紧跟开挖面。出碴采用装载机装碴，自卸车运输。施工顺序如图2所示。

图2 连拱隧道Ⅴ级围岩施工步序图

施工顺序：

a.中导洞开挖

①中导洞初期支护（挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）；②浇注中隔墙衬砌（墙顶压浆回填、中墙底部注浆加固）。

b.中隔墙侧壁导洞临时支撑

c.左（右）线隧道侧壁导坑开挖

左（右）线隧道侧壁导坑初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）

d.左（右）线隧道拱部留核心土开挖

左（右）线隧道拱部初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）

e.左（右）线隧道核心土开挖

①左（右）线隧道仰拱初期支护（安装钢拱架、喷混凝土）；②左（右）线隧道仰拱二次衬砌支护；③全断面模筑左（右）线隧道二次衬砌。

在中导洞贯通并完成相应的衬砌支护和中隔墙侧向临时支撑后方可进行，左、右线隧道施工时，要求错开施工，纵向间距30m～50m；先行开挖主洞二次衬砌工作面和后行开挖主洞开挖面纵向间距10m～20m；主洞采用短台阶法，台阶长度3m～5m，初期支护紧跟开挖工作面，二次衬砌工作面距离仰拱衬砌工作面10m～15m。连拱隧道V 级围岩地段，每天2 个循环，每循环0.8m，月进尺44.8m。