连拱隧道半明半暗衬砌段施工技术的研究应用

林 虎 （安徽省路港工程有限责任公司 安徽 合肥 230011）

1 前言

连拱隧道边界条件、受力状态都是极为复杂，施工时经常造成衬砌结构腐蚀裂损、冻害、渗漏水等病害，如何采用最经济的手段维持隧道围岩的稳定，保证隧道施工过程安全和结构质量是技术管理人员需要面临解决的问题。

石壁山隧道位于安徽省黄山市黄山区谭家桥镇，为连拱式短隧道。隧道全长150m，最大埋深约35m，隧道净空（宽×高）：2×11.25m×5m。隧道出口端位于约313斜坡区域，单压明洞长5m，以及半明半暗Ⅰ、Ⅱ型衬砌各长20m，衬砌段地质自然坡强风化层破碎，不稳定，成洞条件差，施工时易导致表层强风化层崩塌。

2 技术原理

半明半暗连拱隧道衬砌段，下部为明洞基础，上部为明洞洞身、洞门及附属工程、边坡仰拱加固及排水系统。明洞扩大基础地基应稳固，对于土层基础应进行开挖至岩石区域，然后通过素混凝土或浆砌片石回填找平。在明洞背后边坡上，开凿成台阶状，采用注浆加固与埋入式整体现浇或装配预制锚固梁，台阶种植土护坡后覆主动防护网和防护，必要时采用锚杆进行加固防护。明洞衬砌工程施工内模采用液压式钢模板衬砌台车进行全断面一次衬砌工艺，外模及外支撑采用木模和钢管支撑。明洞与暗洞交接区域，应从内部向外部进行施工。建立快速装拆洞口套拱支模体系，纵向贯穿连杆互连的整体式工字钢架，内部采用可调单元式组拼桁架支撑，外侧采用三角支架单元组拼整体定型化支撑。采用模板台车作为工作平台，上设标高可调式钢管脚手支撑体系支撑底模，边墙基础全幅整体一次浇筑成型、拱墙一次整体浇筑成型。

3 技术创新点

①减少隧道施工围岩结构的扰动，维持围岩的原始状态，保持开挖能量最小化；

②对台车每一施工阶段进行实时监控，对范围外的出现误差及时采取纠偏措施；以此保证结构的受力和变形始终处于安全状态；

③边墙和拱腰处的环向施工缝采用可止水排水带防排水，应做到刚柔结合；中隔墙墙顶与左右洞接触处，采用定位钢筋与垫块精确安装拱墙钢筋，实现了边墙基础和拱墙整体一次浇筑成型，有效提高隧道衬砌段的质量；

④加强拱顶施工质量以及拱顶防排水控制，在防护结构采用仰坡坡体加固与柔性网主动防护的复合生态防护体系。

⑤内部采用可调单元式组拼桁架支撑，外侧采用三角支架单元组拼整体定型化支撑，建立快速装拆洞口套拱支模体系，实现支模体系的安全、高效。

4 施工顺序及控制要点

4.1 施工顺序

边仰坡防护→中导洞开挖、支护→中隔墙施工→扩大基础及侧墙施工→护拱施工→套拱施工→管棚施工→钢筋笼安装→管棚。

4.2 技术施工要点

①边仰坡防护。根据洞口仰坡土石方分为两次开挖，首先开挖隧道上下台阶分界线标高以上及成洞面区域以外侧部分，施工开挖中预留进洞台阶，对坡面进行锚喷支护防护；然后开挖剩余区域，施作锚杆加喷混凝土的防护施工时采用注浆加固与埋入式整体现浇或装配预制锚固梁，台阶种植土护坡后覆主动防护网防护，预制装配式挡截排一体式边沟。

②中导洞开挖、支护。采用台阶法开挖，机械和爆破结合作业，装载机倒退出碴，自卸汽车运至指定场地的无轨运输方式。中导洞临时支护方式分别为：开挖出渣完毕后打设3米长φ22早强砂浆锚杆和挂设φ6钢筋网，设立I18型工字钢架，Ⅴ级围岩喷射22cm厚C25早强混凝土。

③中隔墙施工

图1 中导洞开挖、支护

图2 中隔墙施工

中隔墙在中导洞贯通后从相反方向往进洞端浇筑混凝土，模板台车衬砌，按每两天一循环，每循环9m施作。台车就位后，利用中导洞钢架支护，对衬砌台车稳定性定位加固后，中隔墙下部左右侧预留放置纵向排水沟的凹形槽。中隔墙墙身采用C30防水混凝土，混凝土浇筑完成后，在中隔墙顶部回填与墙身同标号混凝土，确保回填密实，中隔墙基础要落在实处，并及时施作临时支撑和浆砌片石回填，避免发生偏压侧移等现象。在混凝土浇筑前，在拱顶部位预埋一根φ42×4mm钢管，进行压浆处理，确保中隔墙顶部密实。

④扩大基础及侧墙施工

根据设计图纸，黄山端明洞、V半明半暗Ⅰ、V半明半暗Ⅱ衬砌段明挖部分采用扩大基础，C20片石混凝土基础，基地允许承载力要求[σ]≥300KPa。基底需要按台阶开挖，台阶高1.5m、2m，台阶宽2m，基础高度为3.5m～9.5m不等；外侧边坡坡率1：0.25。为减少工序之间影响，扩大基础在中隔墙施工完成后开始施工，开挖至设计高程以上10-20cm，采用人工清槽。质检人员对地基承载力、平面尺寸、位置、高程等自检合格的情况下，向监理报检，经验收合格后进行基础模板安装和片石混凝土浇筑。基础模板采用20mm厚竹胶板+100×100mm方木+Φ42无缝钢管。一次浇筑高度不超过3.5m，超过3.5m的分层浇筑，上下层之间预留足够的连接石，采用30cm以上的坚硬片石，接触面并凿毛。侧墙设计为C30防水混凝土，外墙采用钢模板，与二次衬砌相接的内墙面采用柔性的模板，分两次浇筑，第一次浇筑耳墙以下部分，第二次浇筑耳墙部分。

⑤护拱施工

为确保施工安全，半明半暗衬砌段采用盖挖法施工，在明挖部分先施工护拱，再进行开挖施工。设计护拱为C30混凝土，内设I22b工字钢，间距60cm，并与初期支护中的I22b工字钢闭合成环。护拱一端嵌入边坡中，嵌入深度不小于50cm，一端支撑在中隔墙或侧墙上。工字钢安装完毕后，进行护拱底模板安装，模板采用竹胶板，用方木支撑在地面上，加固牢固，并预留足够下沉量，确保不侵入二衬净空。护拱与超前大管棚重叠部分，采用在护拱中预埋Φ135×4.5孔口钢管。

⑥套拱施工：根据设计图纸并结合现场实际地形，拟定左右洞套拱在中隔墙完成后实施，左右洞设置在K114+480～K114+482，管棚穿过护拱部分，在护拱中预埋孔口管。由专业测量人员进行测量定位放样，导向管采用Φ108×6mm无缝钢管，导向管方向与路线中线平行安装，仰角1～3°（路线有纵坡需核算考虑），环向之间距离0.4m。

⑦管棚施工

热轧无缝钢管沿拱部环向布置，各间 距0.4m，材 料Φ108×6mm；钢 管0.3m；管棚间隔注水泥浆，注浆压力：初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。

管棚施工顺序：开挖设计标高→封闭岩面（喷混凝土）→浇筑混凝土基础→工字钢拱架安装→固定孔口管→立模浇注混凝土护拱→凿岩台车钻奇数孔→清孔→顶管→钢筋笼安装→注水泥浆→凿岩台车钻偶数孔→清孔→顶管→钢筋笼安装→注水泥浆。

⑧钢筋笼安装

管棚内插加劲钢筋笼，其中主筋为4根直径20mm，其固定环采用每段长4cm的φ42mm热轧无缝钢管制作，间距1.5m，与主筋之间焊接；按6m分节段焊接好后安装，现场对接焊好，接头错开50cm以上。（见图3）

图3 钢筋笼断面图

⑨管棚注浆

注浆总体原则：先下后上、跳孔注浆、由稀到浓，且施工中应跳孔注浆。

注浆方法：a.先在钢管中沿管壁安设φ15mm塑料硬管至孔底，在管口处与堵浆塞排气孔连接，作为排气管；b.注浆管与堵浆塞进浆孔连接，堵浆塞与管棚采用丝扣连接；c.注浆从进浆孔孔口注入，从排气孔满浆流出，达到设计注浆压力或设计注浆量时终止。

5 结论

本技术通过建立边仰坡坡体加固与柔性网主动防护的复合生态防护体系，采用注浆加固与埋入式整体现浇或装配预制锚固梁技术，台阶种植土护坡后覆主动防护网防护，有效提高了坡体防护施工效率；建立快速装拆洞口套拱支模体系，内部采用可调单元式组拼桁架支撑，外侧采用三角支架单元组拼整体定型化支撑，提高了洞口套拱支模速度；施工中边墙基础全幅整体一次浇筑成型、拱墙一次整体浇筑成型，采用模板台车作为工作平台，提高了施工效率。通过在S11芜湖至黄山高速公路工程等项目的成功应用，有效提高了连拱隧道施工效率，有效降低了成本，取得了显著的经济、社会和生态效益。可有效适用于公路、市政、铁路V类围岩连拱隧道半明半暗的衬砌段，II、III、IV类围岩也可参照施工。