双连拱隧道施工技术

双连拱隧道施工技术1双连拱隧道形式正在建设中的铜陵－黄山的汪王岭隧道2主要内容

1引言2开挖方案3中导洞的设置与施工4各部分之间的施工顺序5中隔墙的稳定性6洞口施工7建议与结论

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近几年快速发展的公路、铁路工程中，双连拱形式的隧道越来越多，尤其在丘陵山区中更为常见，如：

广环公路白云隧道

广邻公路冯家垭口隧道

沪蓉公路金竹林隧道

宁波329国道于家岭隧道

铜汤高速公路汪王岭隧道、焦家山隧道

沿江高速公路大尖山隧道等

我国起步较晚，尚有很多施工工艺技术问题不够成熟，甚至存在着争议，如：

开挖方案的确定

中导洞的设置

各部分的施工顺序

中隔墙的稳定性保护等1引言4特点：

▲平面线路流畅、占地面积少、便于运营管理。

▲断面比较大，整体跨度大（20～30m）、结构复杂

▲长度比较短（大多在600m以内）

▲施工工序多、施工难度大、效率低

▲造价高

▲开挖方案既定性——中导洞施工法，广泛采用52

双连拱隧道的开挖方案

首先在中隔墙位置开凿中导洞，并进行临时支护，待中导洞贯通后，再开挖两侧正洞。正洞开挖视围岩稳定性状况可采用全断面施工法或两侧导坑开挖法或者台阶法等。（1）正洞全断面施工方案

在中导洞贯通后利用凿岩台架钻眼，全断面一次爆破开挖两侧正洞，并进行初次支护。该法适用于比较稳定的Ⅱ、Ⅲ类围岩中导洞施工法67（2）正洞台阶施工方案正洞开挖采用正台阶分层开挖，先拱后墙进行初次支护。分层数一般为2～3个。考虑到正洞支护与中隔墙的连接施工，顶层台阶的底板应低于中隔墙顶面。

（3）双侧导洞施工方案又称“三导洞法”。即在两个正洞的外侧各开一个导洞，导洞超前正洞一定深度或整个不良围岩。侧导洞按初次支护设计施工。导洞的尺寸以装渣、运渣方便为度。视围岩稳定性状况，导洞也可全断面开挖或短台阶开挖。使用最为广泛。但由于多次开挖对围岩的扰动大，次数多。

8侧

导

洞

施

工9（4）正洞台阶＋两侧导洞施工方案该法是上述台阶法和两侧导洞法的组合方案，即在两侧导洞基础上，正洞剩余部分再采用台阶法，先进行拱部支撑，再开挖下部。该法适用于围岩稳定性较差的隧道。103中导洞的设置与施施工（1）中导洞的位置根据与中隔墙的位位置关系，中导洞洞位置有:对称布置:中导洞的垂直中线线与中隔墙的中线线重合。缺点是当中隔墙浇浇筑好后，两侧的的通道宽度比较狭狭窄，影响前方施施工。非对称布置:二者的中线相错一一定距离。两侧通道宽度不同同，较宽的一侧作作为施工通道，通通行比较便利；较较窄的一侧作回填填用，可减少回填填工作量。中导洞高度相同情情况下，非对称式式有利于降低中隔隔墙位置的顶板高高度，减少无效开开挖量和污工充填填量。因此认为，，一般情况下采用用非对称布置比较较有利。11（2）中导洞顶板岩层层稳定性的保护中导洞最先施工，，顶板岩石将受到到中导洞及左右正正洞开挖的多次爆破扰动，中导导洞顶板的稳定是是一个关键。施工的基本要求：▲搞好光面爆破，，少装药，浅孔爆爆破，减少初次炮炮震的影响，减少少围岩松动范围▲适当加强顶板支支护，保证支护质质量▲施工正洞时要及及时做好中隔墙的的接顶（3）中导洞的宽度与与高度宽度应根据中隔墙的宽宽度并考虑掘进出出渣、通行及回填填的要求确定。高度主要依据中隔墙的的高度以及正洞施施工时的接顶要求求而定。应尽量减减少中隔墙顶部与与中导洞顶板之间间的高度，以减少少污工充填。12（4）中导洞顶部的防防水中隔墙与拱结构之之间存在着纵向施施工缝，是隧道防防水的薄弱环节，，在施工中应保证证防水质量。中隔墙顶部要充填填密实。所有施工缝位置要要设置橡胶止水带和止水条。必要时可预埋导管管将渗水引至隧道道底板排水沟内。。目目前，比较较好的作法是中隔隔墙分两次（三层层）砌筑，两边的的中隔墙（两外层层）与两隧道拱墙墙二次衬砌一次浇浇筑完成，拱圈衬衬砌与中隔墙没有有纵向施工缝，所所以在结构整体受受力与中隔墙防排排水等方面有了根根本的改善。13144各部分之间的施工工顺序4.1中导洞与中隔墙的的施工顺序中隔墙一般在中导导洞贯通之后施工工（运渣方便）。。中隔墙施做方法：：一是一次全厚浇注钢筋筋混凝土。二是分次浇筑钢筋混凝凝土。两侧留出正洞二二次衬砌的厚度，，待二衬时浇筑。。二衬的整体性好好，有利于防水。。4.2中隔墙与正洞的施施工顺序中导洞贯通之后即即可施工两侧正洞洞和中隔墙。中隔隔墙一般从洞口开开始由外向里施工工，并超前正洞30～50m，以保证中隔墙混凝凝土有一定的养护护时间，达到一定定的承载能力。154.3左右正洞的施工顺顺序●两侧同时开挖，同同时扣拱，同步进进行，齐头并进●两侧正洞先完成一一洞，再施工另一一洞●两正洞掌子面错开开一定距离，同时时推进第一种顺序是《铁路工程设计技术术手册（隧道）》的要求，但实际上上很难做到。因为为不宜两个掌子面面同时爆破，所以以至少两个掌子面面相差1～2个循环。有有的人认为，，第二种顺序比较较好，不仅两洞要要分别施工，而且且在一洞施工完成成后还要滞后20d左右再施工另一洞洞。左右洞的开挖挖顺序应是先难后后易，岩体较差的的一侧正洞要先开开挖，这样变形和和位移较小；对偏偏压隧道应先外侧侧后内侧。从从维护中隔墙墙的稳定角度分析析，笔者倾向于第第三种顺序，且偏偏压隧道时外侧正正洞超前、及时进进行初次支护，以以平衡偏压力。16左洞右洞中隔墙中导洞施工顺序平面图侧导洞174.4左右侧导洞的施工工顺序●左右侧导洞两侧同步进行两侧不同步进行，以免引起围岩有有较大变形和应力力的急剧释放。特特别是浅埋地段，，容易引起塌方。。●侧导洞与正洞洞施工超前一次掘完：不良岩层段长度度不大时（数十米米），可将侧导洞洞一次掘完，再施施工正洞；分段超前交替施工工。●开挖顺序全断面开挖：围岩比较好时台阶法开挖：围岩极不稳定时184.5初次支护与二次衬衬砌的顺序▲初次支护肯定在二二次支护之前。▲二次衬砌的时机要要通过隧道变形监监测确定。▲单行作业：正洞掘砌完后再施工内衬（（二衬）。▲平行作业：长段平行作业：围岩不太稳定时采用，在掘进工作作面的后方及时进进行二次衬砌；短段平行作业：围围岩很不稳定时，，二次衬砌要紧跟跟初次支护进行。。195中隔墙的稳定性5.1受力分析▲在正洞开挖时，中中隔墙处于垂直悬悬臂状态。▲隧道中墙的最不利利受载时间是在开开挖过程之中，并并不是出现在最终终完工时，。▲中隔墙主要承受隧隧道左右正洞由衬衬砌结构传来的压压力。▲如果左右正洞同步步开挖、同步衬砌砌，中隔墙将受到到对称的外荷载，，可以认为中墙是是稳定的；▲如果左右正洞非对对称开挖，中隔墙墙就会受到来自先先施工正洞的非对对称压力，中隔墙墙的稳定性就会受受到偏压影响。▲当隧道处于傍山地地段时，隧道还会会受到来自右高左左低（或左高右低低）的上覆倾斜山山体的不均衡压力力，叫着山体偏压。山体偏压一般发发生在浅埋地段，，深埋隧道由于围围岩具有“成拱作作用”，其作用荷荷载主要来自隧道道周边一定破坏范范围内的岩体压力力。因此，中隔墙会产生倾倒倒力矩和水平位移移，隧道底板不好好时，可能还伴随随有沉降。20受到山体偏压的隧隧道21中隔墙在由拱部衬衬砌结构传来的外外荷载Pg作用下，将受到水水平分力Pgh和垂直分力Pgv的影响。水平推力力可能会使中墙发发生水平位移、产产生倾倒力矩（绕绕墙趾A点发生转动）、沿沿墙身产生纵向弯弯矩；垂直分力由由于不作用于轴线线上，将使中墙偏偏心受压，同时也也产生纵向偏心弯弯矩。理论分析和和现场实测都证明明了这些现象的存存在。225.2隧道顶部部岩体垂垂直压力力的计算算对于施工工过程中中的中墙墙，主要要承受来来自正洞洞拱顶岩岩体的垂垂直压力力。垂垂直压压力与隧隧道的埋埋深有关关:浅埋隧道道：地面水水平或接接近水平平，且隧隧道覆盖盖厚度小小于（2.0～2.5）倍的自自然平衡衡拱高度度时或者者参考文文献[8、9]的规定时时，应按按浅埋隧隧道计算算；深埋隧道道：当大于于时按深深埋隧道道计算。。偏压隧道道：当隧道处处于Ⅳ～Ⅵ级围岩中中、地面面倾斜，，隧道外外侧拱肩肩至地表表的垂直直距离小小于参考考文献[8]的规定时时，应按按偏压计计算。大大多数偏偏压隧道道处于洞洞口段，，属于地地形性浅浅埋偏压压，在洞洞身段偏偏压较少少，且多多属于地地质构造造偏压。。下下面主主要按深深埋隧道道计算。。深埋隧道道围岩压压力按松松动压力力计算。。计算方方法有经经验法和和普氏法法。由于于不进行行衬砌结结构计算算，仅考考虑中墙墙的稳定定问题，，故只计计算垂直直压力。。23（1）经验法法根据公路路、铁路路隧道的的施工经经验统计计，垂直直均布压压力集度度按下式式计算q＝γhaKN/m（1）式中，γ——为围岩重重度（KN/m3），ha为计算围围岩高度度（m）。根据《公路隧道道设计规规范》ha=0.45×2B-S×ω（2）ω=1+i（B－5）（（3）式中，B—坑道的开开挖宽度度，m；S—为围岩的的类别，，如Ⅲ级围岩，，S＝3；ω—开挖宽度度影响系系数；i为B每增减1m时的围岩岩压力增增减率。。当当B＜5m时，i＝0.2；B≥5m时，取i＝0.1。以上公式式的适用条件件为：采采用钻爆爆法施工工；隧隧道的高高度与宽宽度之比比小于1.7；不不产产生明显显地形偏偏压及膨膨胀性压压力的一一般围岩岩；整整体式混混凝土衬衬砌，不不适用于于喷射混混凝土衬衬砌锚杆杆支护的的隧道。。24在2001年版《铁路隧道道设计规规范》中提出了了下面的的计算方方法单单线隧道道ha=0.41×1.79S双线隧道道ha=0.45×2S-1×ω（2）普氏法根据普洛洛托季雅雅可诺夫夫的自然然平衡拱拱理论，，垂直地地压为：：q＝γb/f式中，γ—围岩重度度，f—岩体的坚坚固性系系数。b—为自然平平衡拱的的半跨度度，m；在坚硬岩岩体中，，隧道侧侧壁较稳稳定，自自然平平衡拱的的跨度即即隧道的的宽度，，b为隧道净净宽的一一半。在在松散破破碎岩岩体中，，b按下式计计算b＝B/2＋tan(45°°-φφ¤/2)φφ¤＝arctanf式中φ¤为岩体的的似摩擦擦角。255.3中墙外荷荷载的计计算不管外部部压力来来自哪个个方面，，终将通通过衬砌砌结构转转嫁到中中隔墙上上。因此此，只要要确定了了围岩压压力，中中隔墙的的稳定问问题就成成为静力力结构问问题，就就可用结结构力学学方法分分析其稳稳定性。。中中墙外荷荷载即由由拱部垂垂直地压压引起的的水平分分力Pgh和垂直分分力Pgv。隧道一般般均为拱拱形结构构，故可可按拱结结构进行行计算。。拱式结结构有无无绞拱、、两绞拱拱和三绞绞拱之分分，根据据隧道支支护的实实际情况况可将其其视为两两绞拱，，计算简简图如图图所示。。26两绞拱是是一次超超静定结结构，根根据结构构力学推推导，支支座反力力为Va=Pgv=ql/2Ha=Pgh=λql式中，λ为根据矢矢跨比确确定的系系数，当当矢跨比比f/l为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5时，λ分别为1.24298、0.61053、0.39464、0.28269、0.21221。275.4稳定性判判断根据下图图，假定定中墙的的自重为为G，则中隔墙墙绕A点的转动动力矩（（设顺时时针转动动为正））为：Ma=-Pgh×h＋Pgv×（c+B/2)+G×B/2若MA为负值，，则说明明中墙不不稳定，，有逆时时针转动动的趋势势，此时时就要采采取措施施使其稳稳定。假假定中墙墙为下端端固定的的悬臂压压杆。由由于墙体体下部的的扩大部部分高度度不大，，可将其其简化为为等截面面直杆。。则沿杆杆长任意意截面上上的弯矩矩为：Mx=Pgv×c+Pgh×hx如果加支支撑的方方式，则则应设在在弯矩为为零的位位置h0。令上式等等于零，，可得h0=hx=cPgv/Pgh28算例：某公路双双连拱隧隧道，深深埋Ⅲ级围岩，，坚固性性系数f＝6。采用分离离式中隔隔墙结构构，即中中隔墙分分成3层，3次施工完完成。首首次先砌砌筑厚度度1.2m的独立墙墙体，用用以支撑撑初期支支护的压压力，以以后再在在二次衬衬砌的同同时套砌砌两边的的内层墙墙，这样样有利于于二次衬衬砌的整整体防水水。正洞洞的初次次支护为为型钢拱拱架＋锚锚网喷。。初次砌砌筑的独独立墙体体结构、、尺寸如如图。中中墙为钢钢筋混凝凝土结构构，混凝凝土强度度等级为为C30。单侧正洞洞净宽10.09m，二次衬砌砌后的顶顶底板内内缘高8.49m。开挖宽度度11.89m，开挖高度度9.59m，矢高3.68m，矢跨10.97m。围岩重度度23KN/m3。（1）顶部垂直直地压力力的计算算由由于采采用分离离式中墙墙，首先先进行两两侧正洞洞的初次次支护，，以后再再进行二二次衬砌砌，所以以应按初初次支护护计算顶顶部的垂垂直地压压力。隧隧道的的净尺寸寸高跨比比为：8.49/10.09=0.84＜1.7。B＝11.89m＞5m，取i＝0.1，按计算算得ω＝1＋0.1（11.89－5）＝1.689双连拱拱隧道道的一一个侧侧洞相相当于于铁路路的双双线隧隧道，，故故参照照现行行铁路路隧道道设计计规范范，计计算得得29q＝23××0.45×23－1×1.689＝69.92KN/m（2）中墙外外荷载载按按式（（9）计算算垂直直荷载载Pgv＝ql/2=69.92××10.97/2=383.51KN确定水水平荷荷载时时首先先确定定矢跨跨比：：f/l＝3.68/10.97＝0.335，按插值值法得得λ＝0.3571Pgh＝λql＝0.3571××69.92××10.97＝273.90KN（3）转动力力矩已已知每每延米米中墙墙及基基础的的体积积8.6m3，按24KN/m3计算，，墙的的自自重G为206.4KN。MA＝－273.90××5.91＋383.51××（0.51＋1.75）＋206.4×1.75＝－390.81KN－mMA为负值值，说说明中中墙是是不稳稳定的的，需需要采采取有有关措措施。。（4）支撑撑位置置假假设采采用支支撑稳稳定法法，支支撑的的位置置为：：h0＝0.51××383.51/273.90=0.714m即需在在从中中墙顶顶部向向下0.7m左右的的位置置支撑撑。305.5中隔墙墙的稳稳定措措施在双连连拱隧隧道施施工中中，当当采用用两侧侧正洞洞不同同步开开挖时时，为为保持持中隔隔墙的的稳定定和安安全，，根据据不同同的工工况条条件，，可采采取多多种措措施，，常用用的有有：（1）加侧侧向支支撑目的：平衡衡偏压压。方式：单单侧支支撑。。单侧侧支撑撑应将将其设设置在在先挖挖正洞洞的对对侧，支撑的的高度度一一般靠靠近中中隔墙墙的上上端，，既可可提高高支撑撑的效效果又又不妨妨碍碍通通行。。双双侧侧支撑撑。在在中隔隔墙的的右侧侧底部部架设设。材料：一般般采用用钢支支撑，，如钢钢管、、钢轨轨等，，支撑撑强度度大，，便于于安装装。31（2）回填回填的的主要要作用用是抵抵抗弯弯矩和和水平平位移移。单单侧回回填：：若一一侧有有支撑撑，另另一侧侧可进进行回回填，，起到到下部部支撑撑的作作用双双侧回回填：：如果果不加加支撑撑，应应采用用双侧侧回填填；回回填填一般般采用用片石石混凝凝土，，片石石可用用正洞洞开挖挖的渣渣石。。(3)两侧正正洞大大致同同步施施工、、对称称开挖挖，两两掌子子面不不要离离得太太远，，以使使中隔隔墙墙受力力及早早得到到平衡衡。实际工工程中中大多多采用用非对对称开开挖，，先施施工一一侧正正洞，，再施施工另另一侧侧正洞洞。。先施施工的的正洞洞可以以在贯贯通后后再施施工另另一洞洞，也也可相相错一一定距距离交交替施施工工。(4)在中隔隔墙位位置布布置底底板锚锚杆，，锚杆杆与中中隔墙墙钢筋筋连接接成整整体，，以防防止发发生生水水平位位移、、抵抗抗倾覆覆。(5)及早施施做仰仰拱，，将中中隔墙墙基础础部分分加以以固定定，限限制其其发生生水平平位移移。条条件件允允许，，应及及早进进行拱拱部衬衬砌，，与仰仰拱形形成一一个闭闭合结结构。。(6)在施工工中隔隔墙时时，将将中导导洞底底板做做适当当卧底底，增增大混混凝土土与底底板之之间的的摩擦擦力，，起到到阻止止中隔隔墙水水平位位移的的作用用。以以上上措施施可根根据具具体情情况单单独采采用或或者多多种联联合采采用。。326.洞口施施工管棚钻钻机正在进进行管管棚施施工33侧导洞洞开挖挖347结论与与建议议通过工工程实实际以以及对对以上上问题题的分分析，，得到到以下下结论论和建建议：：（（1）中中导洞洞宜采采用非非对称称性布布置，，以方方便通通行和和采取取保持持中隔隔墙总总结目目前前双双连拱拱隧道道的稳稳定的的措施施。（（2）中中隔墙墙宜在在导洞洞全洞洞贯通通后再再施做做，以以提高高中导导洞的的施工工速度度。（（3）中中隔墙墙与正正洞宜宜相错错一定定距离离同时时施工工、平平行作作业，