1、雙連拱隧道施工技術應用雙連拱隧道形式正在建設中的銅陵黃山的汪王嶺隧道2主要內容 1 引言 2 開挖方案 3 中導洞的設置與施工 4 各局部之間的施工順序 5 中隔墻的穩定性 6 洞口施工 7 建議與結論 3 近幾年快速開展的公路、鐵路工程中，雙連拱形式的隧道越來越多，尤其在丘陵山區中更為常見，如： 廣環公路白云隧道 廣鄰公路馮家埡口隧道 滬蓉公路金竹林隧道 寧波329國道于家嶺隧道 銅湯高速公路汪王嶺隧道、焦家山隧道 沿江高速公路大尖山隧道等 我國起步較晚，尚有很多施工工藝技術問題不夠成熟，甚至存在著爭議，如： 開挖方案確實定 中導洞的設置 各局部的施工順序 中隔墻的穩定性保護等 1 引言4特

2、點： 平面線路流暢、占地面積少、便于運營管理。 斷面比較大，整體跨度大2030m、結構復雜 長度比較短大多在600m以內 施工工序多、施工難度大、效率低 造價高 開挖方案既定性中導洞施工法，廣泛采用52雙連拱隧道的開挖方案 首先在中隔墻位置開鑿中導洞，并進行臨時支護，待中導洞貫穿后，再開挖兩側正洞。正洞開挖視圍巖穩定性狀況可采用全斷面施工法或兩側導坑開挖法或者臺階法等。1正洞全斷面施工方案 在中導洞貫穿后利用鑿巖臺架鉆眼，全斷面一次爆破開挖兩側正洞，并進行初次支護。該法適用于比較穩定的、類圍巖中導洞施工法672正洞臺階施工方案 正洞開挖采用正臺階分層開挖，先拱后墻進行初次支護。分層數一般為23

3、個。 考慮到正洞支護與中隔墻的連接施工，頂層臺階的底板應低于中隔墻頂面。 3雙側導洞施工方案 又稱“三導洞法。即在兩個正洞的外側各開一個導洞，導洞超前正洞一定深度或整個不良圍巖。側導洞按初次支護設計施工。導洞的尺寸以裝渣、運渣方便為度。視圍巖穩定性狀況，導洞也可全斷面開挖或短臺階開挖。使用最為廣泛。但由于屢次開挖對圍巖的擾動大，次數多。 8側導洞施工94正洞臺階兩側導洞施工方案 該法是上述臺階法和兩側導洞法的組合方案，即在兩側導洞根底上，正洞剩余局部再采用臺階法，先進行拱部支撐，再開挖下部。該法適用于圍巖穩定性較差的隧道。 103 中導洞的設置與施工 1中導洞的位置 根據與中隔墻的位置關系，中

4、導洞位置有: 對稱布置:中導洞的垂直中線與中隔墻的中線重合。 缺點是當中隔墻澆筑好后，兩側的通道寬度比較狹窄，影響前方施工。 非對稱布置: 二者的中線相錯一定距離。 兩側通道寬度不同，較寬的一側作為施工通道，通行比較便利；較窄的一側作回填用，可減少回填工作量。 中導洞高度相同情況下，非對稱式有利于降低中隔墻位置的頂板高度，減少無效開挖量和污工充填量。因此認為，一般情況下采用非對稱布置比較有利。 112中導洞頂板巖層穩定性的保護 中導洞最先施工，頂板巖石將受到中導洞及左右正洞開挖的屢次爆破擾動，中導洞頂板的穩定是一個關鍵。施工的根本要求： 搞好光面爆破，少裝藥，淺孔爆破，減少初次炮震的影響，減少

5、圍巖松動范圍 適當加強頂板支護，保證支護質量 施工正洞時要及時做好中隔墻的接頂3中導洞的寬度與高度 寬度應根據中隔墻的寬度并考慮掘進出渣、通行及回填的要求確定。 高度主要依據中隔墻的高度以及正洞施工時的接頂要求而定。應盡量減少中隔墻頂部與中導洞頂板之間的高度，以減少污工充填。 124中導洞頂部的防水 中隔墻與拱結構之間存在著縱向施工縫，是隧道防水的薄弱環節，在施工中應保證防水質量。 中隔墻頂部要充填密實。 所有施工縫位置要設置橡膠止水帶和止水條。 必要時可預埋導管將滲水引至隧道底板排水溝內。 目前，比較好的作法是中隔墻分兩次三層砌筑，兩邊的中隔墻兩外層與兩隧道拱墻二次襯砌一次澆筑完成，拱圈襯砌

6、與中隔墻沒有縱向施工縫，所以在結構整體受力與中隔墻防排水等方面有了根本的改善。1314 4 各局部之間的施工順序4.1 中導洞與中隔墻的施工順序 中隔墻一般在中導洞貫穿之后施工運渣方便。 中隔墻施做方法： 一是一次全厚澆注鋼筋混凝土。 二是分次澆筑鋼筋混凝土。兩側留出正洞二次襯砌的厚度，待二襯時澆筑。二襯的整體性好，有利于防水。 4.2 中隔墻與正洞的施工順序 中導洞貫穿之后即可施工兩側正洞和中隔墻。中隔墻一般從洞口開始由外向里施工，并超前正洞3050m，以保證中隔墻混凝土有一定的養護時間，到達一定的承載能力。154.3 左右正洞的施工順序 兩側同時開挖，同時扣拱，同步進行，齊頭并進 兩側正洞

7、先完成一洞，再施工另一洞 兩正洞掌子面錯開一定距離，同時推進 第一種順序是?鐵路工程設計技術手冊隧道?的要求，但實際上很難做到。因為不宜兩個掌子面同時爆破，所以至少兩個掌子面相差12個循環。 有的人認為，第二種順序比較好，不僅兩洞要分別施工，而且在一洞施工完成后還要滯后20d左右再施工另一洞。左右洞的開挖順序應是先難后易，巖體較差的一側正洞要先開挖，這樣變形和位移較小；對偏壓隧道應先外側后內側。 從維護中隔墻的穩定角度分析，筆者傾向于第三種順序，且偏壓隧道時外側正洞超前、及時進行初次支護，以平衡偏壓力。16 左洞右洞中隔墻中導洞 施工順序平面圖 側導洞174.4 左右側導洞的施工順序 左右側導

8、洞 兩側同步進行 兩側不同步進行，以免引起圍巖有較大變形和應力的急劇釋放。特別是淺埋地段，容易引起塌方。 側導洞與正洞施工 超前一次掘完：不良巖層段長度不大時數十米，可將側導洞一次掘完，再施工正洞； 分段超前交替施工。 開挖順序 全斷面開挖：圍巖比較好時 臺階法開挖：圍巖極不穩定時 184.5 初次支護與二次襯砌的順序 初次支護肯定在二次支護之前。 二次襯砌的時機要通過隧道變形監測確定。 單行作業：正洞掘砌完后再施工內襯二襯。 平行作業： 長段平行作業：圍巖不太穩定時采用，在掘進工作面的前方及時進行二次襯砌； 短段平行作業：圍巖很不穩定時，二次襯砌要緊跟初次支護進行。 195 中隔墻的穩定性

9、5.1 受力分析 在正洞開挖時，中隔墻處于垂直懸臂狀態。 隧道中墻的最不利受載時間是在開挖過程之中，并不是出現在最終完工時，。 中隔墻主要承受隧道左右正洞由襯砌結構傳來的壓力。 如果左右正洞同步開挖、同步襯砌，中隔墻將受到對稱的外荷載，可以認為中墻是穩定的； 如果左右正洞非對稱開挖，中隔墻就會受到來自先施工正洞的非對稱壓力，中隔墻的穩定性就會受到偏壓影響。 當隧道處于傍山地段時，隧道還會受到來自右高左低或左高右低的上覆傾斜山體的不均衡壓力，叫著山體偏壓。山體偏壓一般發生在淺埋地段，深埋隧道由于圍巖具有“成拱作用，其作用荷載主要來自隧道周邊一定破壞范圍內的巖體壓力。 因此， 中隔墻會產生傾倒力矩

10、和水平位移，隧道底板不好時，可能還伴隨有沉降。 20受到山體偏壓的隧道21 中隔墻在由拱部襯砌結構傳來的外荷載Pg作用下，將受到水平分力Pgh和垂直分力Pgv的影響。水平推力可能會使中墻發生水平位移、產生傾倒力矩繞墻趾A點發生轉動、沿墻身產生縱向彎矩；垂直分力由于不作用于軸線上，將使中墻偏心受壓，同時也產生縱向偏心彎矩。理論分析和現場實測都證明了這些現象的存在。22 5.2 隧道頂部巖體垂直壓力的計算 對于施工過程中的中墻，主要承受來自正洞拱頂巖體的垂直壓力。 垂直壓力與隧道的埋深有關: 淺埋隧道 ：地面水平或接近水平，且隧道覆蓋厚度小于2.02.5倍的自然平衡拱高度時或者參考文獻8、9的規定

11、時，應按淺埋隧道計算； 深埋隧道：當大于時按深埋隧道計算。 偏壓隧道：當隧道處于級圍巖中、地面傾斜，隧道外側拱肩至地表的垂直距離小于參考文獻8的規定時，應按偏壓計算。大多數偏壓隧道處于洞口段，屬于地形性淺埋偏壓，在洞身段偏壓較少，且多屬于地質構造偏壓。 下面主要按深埋隧道計算。 深埋隧道圍巖壓力按松動壓力計算。計算方法有經驗法和普氏法。由于不進行襯砌結構計算，僅考慮中墻的穩定問題，故只計算垂直壓力。23 1經驗法 根據公路、鐵路隧道的施工經驗統計，垂直均布壓力集度按下式計算 qha KN/m 1 式中，為圍巖重度KN/m3， ha為計算圍巖高度m。根據?公路隧道設計標準? ha =0.452B

12、-S 2 =1+iB5 3 式中，B坑道的開挖寬度，m； S為圍巖的類別，如級圍巖，S3； 開挖寬度影響系數；i為B每增減1m時的圍巖壓力增減率。 當B5m時，i0.2；B5m時，取i0.1。 以上公式的適用條件為： 采用鉆爆法施工； 隧道的高度與寬度之比小于1.7； 不產生明顯地形偏壓及膨脹性壓力的一般圍巖； 整體式混凝土襯砌，不適用于噴射混凝土襯砌錨桿支護的隧道。 24在2001年版?鐵路隧道設計標準?中提出了下面的計算方法 單線隧道 ha=0.411.79S 雙線隧道 ha=0.452S-1 2普氏法 根據普洛托季雅可諾夫的自然平衡拱理論，垂直地壓為： qb/f 式中，圍巖重度， f巖體

13、的鞏固性系數。 b為自然平衡拱的半跨度，m；在堅硬巖體中，隧道側壁較穩定， 自然平衡拱的跨度即隧道的寬度，b為隧道凈寬的一半。在松散 破碎巖體中，b按下式計算 bB/2tan(45- /2) arctanf 式中為巖體的似摩擦角。 255.3 中墻外荷載的計算 不管外部壓力來自哪個方面，終將通過襯砌結構轉嫁到中隔墻上。因此，只要確定了圍巖壓力，中隔墻的穩定問題就成為靜力結構問題，就可用結構力學方法分析其穩定性。 中墻外荷載即由拱部垂直地壓引起的水平分力Pgh和垂直分力Pgv。隧道一般均為拱形結構，故可按拱結構進行計算。拱式結構有無絞拱、兩絞拱和三絞拱之分，根據隧道支護的實際情況可將其視為兩絞拱

14、，計算簡圖如下圖。 26 兩絞拱是一次超靜定結構，根據結構力學推導，支座反力為 Va=Pgv=ql/2 Ha= Pgh =ql 式中，為根據矢跨比確定的系數，當矢跨比f/l 為 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 時， 分別為1.24298、0.61053、0.39464、0.28269、0.21221。 275.4 穩定性判斷 根據以下圖，假定中墻的自重為G，那么中隔墻繞A點的轉動力矩設順時針轉動為正為： Ma=- Pgh h Pgv c+B/2)+GB/2 假設MA為負值，那么說明中墻不穩定，有逆時針轉動的趨勢，此時就要采取措施使其穩定。 假定中墻為下端固定的懸臂壓桿。由于墻體下部的擴

15、大局部高度不大，可將其簡化為等截面直桿。那么沿桿長任意截面上的彎矩為： Mx= Pgv c+ Pghhx 如果加支撐的方式，那么應設在彎矩為零的位置h0。 令上式等于零，可得 h0=hx= c Pgv / Pgh 28 算例：某公路雙連拱隧道，深埋級圍巖，鞏固性系數f6。采用別離式中隔墻結構，即中隔墻分成3層，3次施工完成。首次先砌筑厚度1.2m的獨立墻體，用以支撐初期支護的壓力，以后再在二次襯砌的同時套砌兩邊的內層墻，這樣有利于二次襯砌的整體防水。正洞的初次支護為型鋼拱架錨網噴。初次砌筑的獨立墻體結構、尺寸如圖。中墻為鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級為C30。單側正洞凈寬10.09m，二次襯砌

16、后的頂底板內緣高8.49m。開挖寬度11.89m，開挖高度9.59m，矢高3.68m，矢跨10.97m。圍巖重度23KN/m3。1頂部垂直地壓力的計算 由于采用別離式中墻，首先進行兩側正洞的初次支護，以后再進行二次襯砌，所以應按初次支護計算頂部的垂直地壓力。 隧道的凈尺寸高跨比為： 8.49/10.09=0.841.7。 B11.89m5m，取i0.1，按計算得 10.111.8951.689 雙連拱隧道的一個側洞相當于鐵路的雙線隧道，故參照現行鐵路隧道設計標準，計算得29 q230.452311.68969.92KN/m 2中墻外荷載 按式9計算垂直荷載 Pgvql/2=69.9210.97

17、/2=383.51KN 確定水平荷載時首先確定矢跨比： f/l3.68/10.970.335，按插值法得0.3571 Pghql0.357169.9210.97273.90KN 3轉動力矩 每延米中墻及根底的體積8.6m3，按24KN/m3計算，墻 的自重G為206.4KN。 MA273.905.91383.510.511.75206.41.75 390.81KNm MA為負值，說明中墻是不穩定的，需要采取有關措施。 4支撐位置 假設采用支撐穩定法，支撐的位置為： h00.51383.51/273.90=0.714m 即需在從中墻頂部向下0.7m左右的位置支撐。 30 5.5 中隔墻的穩定措施

18、 在雙連拱隧道施工中，當采用兩側正洞不同步開挖時，為保持中隔墻的穩定和平安，根據不同的工況條件，可采取多種措施，常用的有： 1加側向支撐 目的：平衡偏壓。 方式： 單側支撐。單側支撐應將其設置在先挖正洞的對側，支撐的高度 一般靠近中隔墻的上端，既可提高支撐的效果又不妨 礙 通行。 雙側支撐。在中隔墻的右側底部架設。 材料：一般采用鋼支撐，如鋼管、鋼軌等，支撐強度大，便于安裝。312回填 回填的主要作用是抵抗彎矩和水平位移。 單側回填：假設一側有支撐，另一側可進行回填，起到下部支撐的作用 雙側回填：如果不加支撐，應采用雙側回填； 回填一般采用片石混凝土，片石可用正洞開挖的渣石。 (3) 兩側正洞大致同步施工、對稱開挖，兩掌子面不要離得太遠，以使中隔 墻受力及早得到平衡。 實際工程中大多采用非對稱開挖，先施工一側正洞，再施工另一側正 洞。先施工的正洞可以在貫穿后再施工另一洞，也可相錯一定距離交替 施工。 (4) 在中隔墻位置布置底板錨桿，錨桿與中隔墻鋼筋連接成整體，以防止發 生水平位移、抵抗傾覆。 (5)及早施做仰拱，將中隔墻根底局部加以固定，限制其發生水平位移。條 件允許，應及早進行拱部襯砌，與仰拱形成一個閉合結構。 (6) 在施工中隔墻時，將中導洞底板做適當臥底，增大混凝土與底板之間的摩擦力，起到阻止中隔