1、连拱隧道施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0503-第五工程 刘建萍1 序言1.1工艺工法概况中导洞-主洞施工方法是双连拱隧道施工一个高效施工方法。它依据新奥法原理，采取光面爆破大断面开挖，使用锚、喷、网、钢拱架和超前导管及超前管棚等支护手段，先开挖贯通中导洞，浇筑中隔墙混凝土，然后采取上下台阶法开挖左、右主洞，最终进行全断面二次衬砌。早期双连拱隧道多采取三导洞法施工，对围岩扰动次数多，施工周期长，工效慢、工期长、成本高，不利于隧道防水。经过连拱隧道工程实践采取中导洞-主洞台阶法施工，效果良好。1.2工艺原理 本工法基础理论基础是新奥法。开挖后许可围岩有一定变形，从而释放部分地应力；经2、过监控量测和适时支护来控制围岩变形，使围岩不会失稳；围岩和锚喷等支护共同作用形成复合承载结构。中导洞-主洞法依据新奥法基础原理，简化施工工序，在三个工作面平行施工情况下缩短了工期。2 工艺工法特点2.1 采取新奥法施工，尽可能降低对围岩扰动，充足保护和利用围岩自承载能力，提升隧道结构整体安全度。2.2 和三导洞法相比，降低了两个侧壁导洞，施工干扰少、临时支护量小，有效地降低了对围岩扰动，缩短了施工周期，降低成本，降低工程投资。2.3中导洞首先贯通，可揭示隧道围岩情况，为左右两洞大断面开挖施工提供依据。3 适用范围本工法适适用于双连拱山岭隧道多种围岩情况，隧道主洞开挖方法则依据具体情况来选择。正3、台阶二步开挖法是全断面一次开挖法改善方法，多用于围岩能短期内处于稳定地层中。台阶法依据台阶长度不一样，可划分为长台阶、短台阶和超短台阶三种，在级以下围岩中通常采取长台阶或全断面开挖法，对于III、IV级围岩多采取短台阶开挖法，对于级以上软弱围岩则常采取超短台阶开挖法，对于土质围岩及软弱围岩则采取环形开挖留关键土法或三台阶七步开挖法。本工艺工法关键介绍中导洞-主洞法施工双连拱隧道。4 关键引用标准公路隧道施工技术规范TTJ04公路隧道设计规范JTG026公路工程质量检验评定标准JTJ0715 施工方法采取中导洞-主洞法施工，其步骤为先开挖中导坑，并做导坑临时支护直到中导洞贯通，然后由内向外浇筑中4、隔墙混凝土。中隔墙施工完成后，将其顶部和临时支护之间间隙采取和设计同标号喷射砼喷（回）填密实，待喷填砼强度满足设计要求后，即可开挖两侧主洞。依据主洞地质情况，首先做好洞口防护、排水和洞身超前预加固，然后开挖左（右）洞上台阶及早期支护，同时做好围岩变形观察；待开挖掌子面上台阶推进合适距离（约50m）后，方可开挖右（左）洞上台阶并做好早期支护，同时做好围岩变形观察。依据洞身实际地质情况，上下台阶距离控制在315m，下台阶采取跳槽方法进行侧墙开挖和早期支护，开挖宽度控制在23m。早期支护完成后铺设防水层，采取整体式模板台车浇筑二次衬砌混凝土。6 工艺步骤及操作关键点 6.1施工次序具体施工次序图图15、所表示（以上下台阶开挖法为例）。针对不一样等级围岩，亦可选择采取台阶分部开挖预留关键土法（增加超前预支护工序）及全断面开挖法。图1 中导洞-主洞法施工次序图（上下台阶开挖法）1中隔墙超前导洞开挖（含导洞锚喷支护及中隔墙连接锚杆）I中隔墙衬砌施作，墙顶挂网，喷砼回填 2左（右）洞上半部开挖 左（右）洞拱部早期支护施作3隧道下台阶开挖 边墙早期支护施作4仰拱施作 拱墙衬砌施作工艺步骤能够概括为以下步骤图：中隔墙衬砌施做，墙顶挂网，喷砼左（右）主洞开挖及支护左（右）仰拱开挖及支护左(右)主洞全断面衬砌左（右）仰拱施做中隔墙超前导洞开挖及支护超前支护施做图2 工艺步骤图6.2操作关键点6.2.1中导洞6、开挖和早期支护1 中导洞开挖中导洞开挖断面尺寸通常情况下由设计确定，假如断面大小无法满足风、水、电等施工设施部署或施工运输需要时，可经过设计变更合适加大导洞断面。导洞开挖时应加强测量放样控制，尤其是双向开挖时。围岩很好时可采取全断面开挖，围岩差时可采取短台阶法或超短台阶法开挖。开挖应采取光面爆破，以直眼掏槽为宜；爆破设计参数应经过试验段检验和调整，假如无条件试验时，可按公路隧道施工技术规范相关内容选择，或可依据初步爆破设计在爆破施工中调整。开挖进尺、级围岩采取0.51.0米，级及以下围岩可选择12.5米。2 中导洞早期支护至级围岩依据具体情况选择临时超前支护方法，包含超前管棚、超前小导管或超前7、锚杆。级围岩早期支护参数应依据围岩情况慎重选定。开挖后应立即初喷混凝土，然后施工钢格栅（型钢拱架）和锚杆，再复喷混凝土至设计厚度。6.2.2中隔墙施工中隔墙衬砌施工前，先将基底清理洁净，采取固定支架、组合钢模板立模、泵送砼浇筑，浇筑段长度为每节612m，中隔墙下部按设计要求预设纵向排水管凹形槽。对于、级围岩段，中隔墙顶要作为两侧主洞早期支护中工字钢拱架一个支点，其上按设计要求预埋钢板及连接钢筋，并确保预埋位置正确。双连拱隧道中隔墙上方围岩是微弱步骤，施工过程中在中导洞及左、右主洞拱部开挖时有三次扰动，立即进行中隔墙上方回填和压浆加固是施工关键步骤。中隔墙顶部支护方法采取以下方法（见中隔墙防护图8、（图3）：中隔墙顶部设置连接锚杆，其部署见中隔墙防护图，入岩深度2.5m，端头伸入中隔墙70cm，中隔墙浇筑完成后，在顶部挂钢筋网后喷射砼回填密实。施工时也可在紧贴中导洞围岩部位预埋压浆管，以防喷射砼和围岩之间存在空隙时在中隔墙顶进行注浆加固，以确保中隔墙和围岩间联结密实。6.2.3主洞超前预支护预支护类型关键有三种，即超前锚杆、小导管及管棚。具体按公路隧道施工技术规范相关要求实施。6.2.4主洞上台阶（拱部）开挖在导洞进行到一定距离，中隔墙浇筑混凝土达成设计强度，而且洞身超前支护施工完成后，分别进行主洞开挖。、级围岩主洞开挖时可采取全断面开挖法，对于III、IV级围岩采取台阶法开挖。级及其以9、下围岩优异行上台阶留关键土开挖，进尺控制在0.51.0 m之间。左、右洞工作面宜同时掘进，两掌子面距离控制在50m为宜。主洞开挖时为预防偏压对中隔墙砼及主洞拱圈砼造成破坏，当中隔墙一侧进行主洞开挖时，必需对另一侧进行回填和施作横向支撑。6.2.5主洞上台阶（拱部）早期支护施工爆破出渣后立即施作早期支护，先按设计初喷找平，再安装钢拱架，然后打设锚杆、挂设钢筋网，分层喷射混凝土达成设计厚度为止。6.2.6主洞下台阶（边墙）开挖主洞上部每单洞开挖，支护完成315m后，经量测围岩稳定，即可进行下部开挖。下部开挖采取松动爆破，挖掘机装渣，大吨位自卸汽车运输作业方法。下部开挖掘进期间应观察上拱早期支护稳定10、情况，当围岩稳定性差时或拱顶沉降较大时，下断面应进行半侧开挖，合适调整开挖进尺，不宜一次挖通。 在主洞开挖时，将对已成型中隔墙衬砌带来影响，所以主洞洞身开挖爆破前，首先拆除中导洞开挖一侧早期支护中钢支撑，并对另一侧进行回填或施作横向支撑，以免因爆破冲击钢支撑而撞裂中隔墙衬砌砼和预防偏压对中隔墙砼造成破坏。同时施工中除采取“短进尺，弱爆破”，调整最小抵御线方向和控制一次爆破装药量，并对已衬砌中隔墙砼表面采取防护方法，预防爆破飞石损伤衬砌。其防护方法有以下两种方法：1 爆破时，在爆破另一侧对中隔墙辅以I16工字钢横撑（纵向间2m，支点距中隔墙顶1.61.8m）。为预防爆破飞石砸坏中隔墙砼表面，影响11、砼外观质量，对中隔墙大于60m范围内全表面用12mm厚人造纸板护面覆盖防护，同时在中隔墙大于40m范围内采取移动式方木框架钉铁皮防护挡板遮挡防护。图3 中隔墙防护示意图2 爆破时，在爆破另一侧对中隔墙辅以C15片石砼横撑（纵向间距2m，支点距中隔墙顶1.61.8m）和土石回填密实。为预防爆破飞石砸坏中隔墙砼表面，影响砼外观质量，对中隔墙大于60m范围内全表面用12mm厚人造纸板护面覆盖防护，同时在中隔墙大于40m范围内采取移动式方木框架钉铁皮防护挡板遮挡防护。6.2.7主洞下台阶（边墙）早期支护施工下部台阶（边墙）爆破出渣后，立即进行早期支护。6.2.8仰拱施工主洞早期支护全部完成后，经量测洞12、室处于稳定状态，此时二次衬砌立即跟进。为立即使早期支护封闭成环，首先安排仰拱施工。1 仰拱施工阶段，连拱隧道处于最不利受力状态，为预防侧墙受力过大而引发拱圈破坏，仰拱施工要求左、右洞对称进行， 仰拱施工采取栈桥，施工长度视围岩情况而定。2 仰拱浇筑完成前严禁车辆通行。砼浇筑后，养护3d后进行隧底砼填充施工。3 砼填充时必需分层浇筑，每层厚度小于30cm，严禁车辆在仰拱上运行。假如边墙不稳定，可架立横梁支撑，将侧墙顶紧。6.2.9拱墙衬砌施工在隧道早期支护形成稳定闭合环后，立即进行二次衬砌施工。二次衬砌由洞外（进口）逐步向洞内（左、右洞对称）向前浇筑，尽可能降低因为中隔墙顶再一次受力体系改变产生13、对中隔墙顶水平推力影响。二次衬砌可采取整体式衬砌台车浇筑。 衬砌施工作业关键点：1 首先认真清理早期支护表面，割除砼表面露头钢筋、铁丝，凿除砼凸起部分。中隔墙顶面应清洗洁净。先用铁丝将拱部环向50mm软式透水管和墙脚纵向80mm软式透水管固定在早期支护表面，中隔墙部分将50mm软式透水管按入预留槽内，并和墙脚纵向80mm软式透水管接通。 2 洞口首段衬砌必需左、右洞对称同时浇筑，预防水平推力过大破坏中隔墙稳定，浇筑过程中，在中隔墙侧台车和墙体间设置若干木楔。经过木楔松紧情况检验判定台车对墙体产生水平推力情况，用以控制浇筑速度。3 当拱圈砼浇筑到中隔墙顶面时，拱圈左、右部分应对称交替进行浇筑，预14、防拱圈变形。拱圈浇筑连续分层浇筑，每层厚度30cm，侧墙砼坍落度控制在1416 cm左右为宜。封顶时，可调整砼坍落度为1618cm，同时合适增加砂率及水泥含量，提升砼泵送性能，预防堵管。同时，采取附着式振捣器振捣。7 劳动力组织（单口作业）表1 单工作面作业劳动组织表（参考）序号工作项目工种人数备注1开挖开挖工6挖掘机司机1自卸车司机22早期支护型钢加工、安装4钢筋网片加工2喷射混凝土6混凝土搅拌运输罐车司机23混凝土施工模板工3砼工4泵车司机1混凝土搅拌机司机1装载机司机2机械修理工14测量及其它技术员2测工45其它队长1技术主管1质检员1专职安全员2试验员1电工2空压机司机18 关键机具设15、备表2 施工通风机具表序号作业名称型号（参考使用）单位数量备注1施工通风变压器315KVA台2 通风机台13 2开挖凿岩机YT28型台12 空压机20m3/min台2 装载机ZL50台2 自卸车5T辆5 简易钻孔台车自制台1 3早期支护砼干、湿式喷射机6m3/h台各1 拌合机JS350滚筒式台1 钢筋切断机GQ401型台1 钢筋弯曲机台1 电焊机台3 风镐把2 4衬砌简易台车自制 防水层施工台2 衬砌台车自制 衬砌砼作业台2 拌合机JS500型电子配料斗套1 砼输送泵HB80型台1 砼运输车3 m3辆3 装载机ZL50台2 电动热合机ZRP-V型自爬式台2 钢筋切断机台3 电焊机台3 插入式振16、捣器套4 附着式振捣器套6 9 质量控制9.1易出现质量问题中隔墙顶部不密实；左右洞变形轻易相互影响；中隔墙在左右洞爆破时遭到破坏。9.2确保方法连体隧道埋深浅，风化严重。中隔墙上方围岩稳定性是微弱步骤，施工过程中在中导洞及两侧主洞拱部开挖时有三次扰动，要立即进行中隔墙上方喷混凝土回填和压浆加固是施工关键步骤。施工两侧两洞作业面错开施工，纵向间距约50m。后施工一侧主洞开挖和衬砌，要在另一侧主洞二次衬砌完成，且砼达成一定强度后进行。 在主洞上、下断面开挖时，将对已成型中隔墙衬砌带来影响，所以主洞洞身开挖爆破前，首先拆除中导洞开挖一侧早期支护中钢支撑，并对另一侧进行回填和施作横向支撑，以免因爆破17、冲击钢支撑而撞裂中隔墙衬砌砼和预防偏压对中隔墙砼造成破坏。同时施工中除采取“短进尺，弱爆破”，调整最小抵御线方向和控制一次爆破装药量，并对已衬砌中隔墙砼表面采取防护方法，预防爆破飞石损伤衬砌。10安全方法10.1关键安全风险分析连拱隧道开挖要重视塌方、大变形等安全风险评定，提出对应风险处理方法，编制施工应急预案。10.2确保方法10.2.1开挖人员抵达工作地点时，应首先检验工作面是否处于安全状态，并检验支护是否牢靠，如有松动石、土或裂缝，应先清除或支护。遇有不良地质地段施工时，应根据先治水、少扰动、早喷锚、紧封闭标准稳步前进。10.2.2喷锚支护时，危石应清除，脚手架牢靠可靠，喷射手应佩戴防护18、用具；机械各部应完好正常，压力应保持在0.2Mpa左右；注浆管喷嘴严禁对人放置。10.2.3伴随隧道各部开挖工作掘进，应立即进行衬砌或压浆，尤其是洞门建筑衬砌必需尽早施工，地质不良地段洞口必需首先完成。10.2.4衬砌使用脚手架、工作平台、跳板、梯子等应安装牢靠，不得有露头钉子和突出尖角。脚手架及工作平台上铺板应钉铺坚固，木板端头必需搭于支点上，高于2m工作平台上应设置不低于1m栏杆。跳板应设防滑条。11 环境保护方法11.1避免炸药爆炸产生有害气体和粉尘含量，降低了对空气污染，节省了炸药等能源消耗。11.2经过对双连拱隧道采取分部开挖，充足利用人力和小型机具，降低了大型设备数量，从而降低了油19、料消耗，达成节能和环境保护要求。11.3对于双连拱隧道中加强施工用水管理，预防水土流失。隧道施工中采取防水板和止水带等综合防排水方法，降低了水土流失，做到环境保护和节省水资源要求。11.4优化了双连拱隧道设计支护参数，节省了锚杆和混凝土数量，从而节省建筑材料，起到了节省能源目标。11.5双连拱隧道洞口和弃土场等立即修建挡护和排水系统，做到先挡后弃，预防水土流失，对环境造成影响。12 应用实例12.1工程介绍苍岭坑1号隧道为双连拱隧道，设计长度为365m（其中明洞10米，暗洞355米），苍岭坑1号隧道经过浙江省交通厅质监站质量判定，被评为优良工程并顺利经过交工验收。该技术推广应用于苍岭坑2号隧道20、（456m）、镇头隧道（210m），并取得了良好效果。12.2施工情况苍岭坑1号隧道为独头掘进，因为出口场地部署优于进口，所以由出口单向施工至进口，进口只进行明洞施工和挂设洞门。中导洞及中隔墙由出口方向施工完成后,从出口施工左右隧道。左、右线隧道采取上下台阶法施工，左右洞交叉施工，左右线施工断面距离不应小于50m。隧道开挖采取风动凿岩机钻眼，装载机装渣，15T自卸车运渣。隧道衬砌采取输送泵配合整体模板台车施工。苍岭坑1号隧道6月15日开工，9月30日完工。12.3工程结果评价 此工程中双连拱隧道施工采取了中导坑法，分层式曲隔墙，在中隔墙部位富水段每24m，增设一道透水管，施工工序简单，临时支护及拆除量小，工期短，成本低，三座双连拱隧道中隔墙和拱部连接部无一处渗水情况出现，后期运行用于隧道维护治理方面费用大大降低。12.4建设效果及施工图片 图4 连拱隧道中隔墙施工 图5 洞口超前大管棚施工 图6 主洞钢拱架施工效果图 图7 主洞开挖及隧道成型效果图