大断面连拱隧道斜向横洞辅助中隔墙施工技术研究

陈 航 朱 静 张贝贝

（1 贵阳学院；2 贵州建工集团第三建筑工程有限责任公司）

0 引言

连拱隧道因其线形流畅、占地面积小、空间利用率高，与洞外线路连接方便等，近年来在交通建设领域广泛应用。连拱隧道建设的关键环节之一是中隔墙浇筑施工，随着近年连拱隧道逐渐向长连拱隧道方向发展，中隔墙的施工方案选择对隧道的工期控制、成本控制有重要作用，因此对连拱隧道中隔墙施工方案的不断优化研究，具有一定价值意义。刘向远[1]针对含不良地质段的较长双连拱隧道,提出利用中导洞及侧导洞作为施工通道,在隧道里部展开多个作业面,将隧道分划成多个施工部分进行施工,进而克服单向施工对工期的制约及不良地质段施工缓慢形成的工期瓶颈,解决其施工进度问题；肖营[2]基于浅埋连拱隧道三导洞法施工，在侧导洞开挖出现初支超量变形及塌方时，采用从左主洞斜穿向中导洞开挖施工通道，开辟新工作面，加快中隔墙施工进度，取得了显著经济效益；叶建虎[3]基于强度折减法对浅埋偏压大跨连拱隧道的合理开挖顺序进行的研究，通过比较各开挖工序的安全系数大小，得到针对偏压隧道合理的开挖顺序。

本文以兴义市北环线马岭峡谷双连拱隧道为研究对象，基于“中导洞台阶法+正洞CD 法”的开挖方法，提出采用主洞斜向横洞修筑中隔墙，开辟工作面，加快隧道中隔墙的施工进度，降低施工成本。

1 工程概况

兴义北环线马岭峡谷隧道为双向六车道连拱中长隧道，隧道起讫桩号为K10+040～K10+815，全长775m。隧道建筑限界净宽为14.25m，隧道建筑限界净高5.0m；隧道进口端采用削竹式洞门，出口端采用整体式端墙洞门，连拱隧道主洞洞身结构为三心圆弧形结构，中隔墙为复合式曲墙。隧道洞身围岩主要为强风化、中风化白云岩，等级为Ⅳ～Ⅴ级，岩体较破碎，围岩自稳能力较差，拱顶易坍塌。洞内地下水出水状态为淋雨状出水。

2 中隔墙施工方案优化

本工程连拱隧道施工采用先中导洞开挖支护及中隔墙浇筑完成后，再进行主洞隧道施工，因此中隔墙施工效率关系整个项目的施工进度。中隔墙施工示意图见图1。

图1 中隔墙施工示意图

中隔墙施工顺序为：

⑴开挖中导洞上台阶，施作中导洞①部开挖及支护；

⑵开挖中导洞下台阶,滞后于①部40m 距离，开挖中导洞②部,施作下台阶初期支护，底部浇筑20㎝厚C25 混凝土垫层，初支封闭成环。重复步骤⑴、⑵直至完成全部中导洞开挖。

⑶中隔墙浇筑：中导洞开挖及支护完成后，分段浇筑中隔墙。中隔墙与初支拱部预埋φ42 注浆管，浇筑中导洞①部混凝土，待中隔墙浇筑完成达到拆模强度后，通过预埋的φ42 注浆钢花管对中隔墙项部及时补注浆,以确保中隔墙顶部密实。

2.1中隔墙施工方案优化

本工程中隔墙的施工是整个项目建设的关键结点之一，中隔墙结构施工须在整个中导洞开挖贯通后进行，考虑中导洞施工工期即将进入雨季，中导洞的施工掘进易出现初支超量变形与塌方，因此有必要加快中导洞的开挖，及时完成中隔墙结构施工，以此平衡隧道土压，确保隧道洞内的稳定。

综合分析现场地理环境条件，为了加快施工中导洞的开挖及中隔墙浇筑，开辟施工工作面，提高施工效率，拟在隧道左洞K10+155～K10+182 线路前进方向右侧设置横洞一座，作为中导洞开挖与中隔墙混凝土浇筑通道，为了方便运输，横洞轴线与中导洞轴线采用135°斜交，纵向坡度12%；横洞净宽设计为8m，高度与中导洞高度协调，全长27m，横洞采用单车道无轨运输，横洞段围岩等级为Vb级。

2.2斜向横洞支护设计

为了确保斜向横洞的安全稳定性，横洞开挖采用全断面开挖，采用φ42×4m 注浆花钢管、工字钢型钢架、挂φ8 钢筋网（20cm×20cm）后喷26cm 厚C25 混凝土作初期支护。型钢钢架拱顶、边墙分别采用I22、I18 型钢焊接而成，钢架间距按0.6m一榀设置，钢架间采用φ22的钢筋连接，环向布置间距1m，每榀钢架设6 道φ42×4m花钢管作锁脚锚杆，形成临时支护体系。

横洞进入中导洞范围后，其开挖及初期支护需比中导洞拱部相应设计标高加大，以预留临时支护厚度。考虑到横洞到中导洞的钢拱架拱脚落脚位置的牢固性、稳定性，横洞拱架必须提供一个牢固且稳定的落脚平台，在中导洞左侧边墙与横洞交界里程处，设置3 榀并排焊接成整体的I20b 型钢钢架，拱脚用I20b 型钢横撑闭合成环，型钢钢架沿正洞方向设置拱顶纵向拖梁，拖梁采用I20b 型钢，拖梁牢固焊接于I20 钢架拱顶，拖梁与横洞拱架空隙处设置I20b 竖向立柱，立柱与正洞拱架位置对应，牢固焊接并全环喷射C25砼回填密实。

横洞进入中导洞时，中导洞采用小导洞沿中导洞开挖轮廓线小坡度爬行开挖，形成上台阶操作平台，上台阶进行初期支护，开挖形成标准台阶长度后，进行下台阶开挖，开挖形成标准台阶长度，再进行正常工序施工。小导洞沿横洞中线方向，便于形成操作空间。

2.3中隔墙稳定性监控量测

为了进一步分析斜向横洞的辅助施工对中隔墙稳定性影响，本工程在施工中采用预埋钢筋应力计、土压力盒、位移计，对辅助横洞与中导洞交叉段的典型断面力学响应进行监控测量。监控量测断面布置在中隔墙K10+125与K10+158断面，监测点布置如图2所示。

图2 中隔墙监测点布置图

中隔墙主筋轴力监测是从中隔墙浇筑后至隧道的二次衬砌完成，贯穿连拱隧道的全部施工过程，这为研究连拱隧道中隔墙的受力特性提供了大量真实有效的数据资料。不同的施工工序会对围岩和支护造成频繁的扰动，从而造成中隔墙主筋轴力的变化。为了研究斜向横洞的存在对中隔墙稳定性的影响，现场采用钢筋轴力计采集各工序下中隔墙轴力时程曲线及中隔墙拱顶位移曲线，分别如图3、图4、图5、图6所示。

图3 K10+125 断面中隔墙主筋左右两侧轴力时程曲线

图4 K10+158 断面中隔墙主筋左右两侧轴力时程曲线

图5 K10+125断面中隔墙拱顶左右侧位移时程曲线

图6 K10+125断面中隔墙拱顶左右侧位移时程曲线

从K10+125、K10+158 两个断面中隔墙主筋左右两侧轴力时程曲线对比分析可知，斜向辅助横洞的存在与否对中隔墙左右轴向受力变化影响不大，其对稳定性影响可以忽略。

从K10+125、K10+158 两个断面中隔墙拱顶左右侧位移曲线对比分析可知，斜向辅助横洞的存在与否对中隔墙拱顶左右侧位移影响较小，因此对位移的影响可以忽略。

3 施工方案优化效益分析

斜向横洞辅助施工方法可以有效地开辟工作面，充分调度机械设备的利用率，缩短工期成本，但同时斜向横洞的辅助施工增加了开挖工程量及支护费用。从经济效益方面分析，设置斜向横洞时施工成本费用约为49万元，不设置斜向横洞施工时成本费用约为46万元，两者相比，设置斜向横洞辅助施工成本费用增加约6.5%；从工期效益方面分析，该工程施工工期紧、任务重，对比斜向横洞设计前后工期的变化可知，斜向横洞开挖可节约中隔墙掘进时间32 d，加快了中隔混凝土浇筑，节约工期10d，工期效益具有明显的优势。综合经济效益和工期效益，设置斜向横洞施工方案具有较大优势。

4 结语

在连拱隧道中隔墙施工中，为了加快连拱隧道的贯通，降低隧道施工塌方的风险，可采用斜向横洞辅助中隔墙施工方法，本文结合兴义北环线马玲峡谷隧道的中隔墙施工，对中斜向横洞辅助施工中隔墙的施工方法进行分析，得出如下结论：

⑴斜向横洞开挖应注意开挖超前支护；从中隔墙各工序下的左右侧轴力时程曲线、拱顶位移曲线分析可知，斜向辅助横洞的存在对中隔墙稳定性变化影响较小，几乎可以忽略。

⑵斜向辅助横洞开挖与支护会增加整个施工经济成本，但采用斜向横洞辅助中隔墙施工，工期效益明显，可缩短中隔墙贯通时间及混凝土浇筑时间，降低隧道进入雨季施工的施工风险，因此在本项目中，采用斜向横洞施工方案具有较大的优势，类似工程可以借鉴。