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1、連拱隧道施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0503-第五工程 劉建萍1 序言1.1工藝工法概況中導洞-主洞施工方法是雙連拱隧道施工一個高效施工方法。它依據新奧法原理，采取光面爆破大斷面開挖，使用錨、噴、網、鋼拱架和超前導管及超前管棚等支護手段，先開挖貫通中導洞，澆筑中隔墻混凝土，然后采取上下臺階法開挖左、右主洞，最終進行全斷面二次襯砌。早期雙連拱隧道多采取三導洞法施工，對圍巖擾動次數多，施工周期長，工效慢、工期長、成本高，不利于隧道防水。經過連拱隧道工程實踐采取中導洞-主洞臺階法施工，效果良好。1.2工藝原理 本工法基礎理論基礎是新奧法。開挖后許可圍巖有一定變形，從而釋放部分地應力；經2、過監控量測和適時支護來控制圍巖變形，使圍巖不會失穩；圍巖和錨噴等支護共同作用形成復合承載結構。中導洞-主洞法依據新奧法基礎原理，簡化施工工序，在三個工作面平行施工情況下縮短了工期。2 工藝工法特點2.1 采取新奧法施工，盡可能降低對圍巖擾動，充足保護和利用圍巖自承載能力，提升隧道結構整體安全度。2.2 和三導洞法相比，降低了兩個側壁導洞，施工干擾少、臨時支護量小，有效地降低了對圍巖擾動，縮短了施工周期，降低成本，降低工程投資。2.3中導洞首先貫通，可揭示隧道圍巖情況，為左右兩洞大斷面開挖施工提供依據。3 適用范圍本工法適適用于雙連拱山嶺隧道多種圍巖情況，隧道主洞開挖方法則依據具體情況來選擇。正3、臺階二步開挖法是全斷面一次開挖法改善方法，多用于圍巖能短期內處于穩定地層中。臺階法依據臺階長度不一樣，可劃分為長臺階、短臺階和超短臺階三種，在級以下圍巖中通常采取長臺階或全斷面開挖法，對于III、IV級圍巖多采取短臺階開挖法，對于級以上軟弱圍巖則常采取超短臺階開挖法，對于土質圍巖及軟弱圍巖則采取環形開挖留關鍵土法或三臺階七步開挖法。本工藝工法關鍵介紹中導洞-主洞法施工雙連拱隧道。4 關鍵引用標準公路隧道施工技術規范TTJ04公路隧道設計規范JTG026公路工程質量檢驗評定標準JTJ0715 施工方法采取中導洞-主洞法施工，其步驟為先開挖中導坑，并做導坑臨時支護直到中導洞貫通，然后由內向外澆筑中4、隔墻混凝土。中隔墻施工完成后，將其頂部和臨時支護之間間隙采取和設計同標號噴射砼噴（回）填密實，待噴填砼強度滿足設計要求后，即可開挖兩側主洞。依據主洞地質情況，首先做好洞口防護、排水和洞身超前預加固，然后開挖左（右）洞上臺階及早期支護，同時做好圍巖變形觀察；待開挖掌子面上臺階推進合適距離（約50m）后，方可開挖右（左）洞上臺階并做好早期支護，同時做好圍巖變形觀察。依據洞身實際地質情況，上下臺階距離控制在315m，下臺階采取跳槽方法進行側墻開挖和早期支護，開挖寬度控制在23m。早期支護完成后鋪設防水層，采取整體式模板臺車澆筑二次襯砌混凝土。6 工藝步驟及操作關鍵點 6.1施工次序具體施工次序圖圖15、所表示（以上下臺階開挖法為例）。針對不一樣等級圍巖，亦可選擇采取臺階分部開挖預留關鍵土法（增加超前預支護工序）及全斷面開挖法。圖1 中導洞-主洞法施工次序圖（上下臺階開挖法）1中隔墻超前導洞開挖（含導洞錨噴支護及中隔墻連接錨桿）I中隔墻襯砌施作，墻頂掛網，噴砼回填 2左（右）洞上半部開挖 左（右）洞拱部早期支護施作3隧道下臺階開挖 邊墻早期支護施作4仰拱施作 拱墻襯砌施作工藝步驟能夠概括為以下步驟圖：中隔墻襯砌施做，墻頂掛網，噴砼左（右）主洞開挖及支護左（右）仰拱開挖及支護左(右)主洞全斷面襯砌左（右）仰拱施做中隔墻超前導洞開挖及支護超前支護施做圖2 工藝步驟圖6.2操作關鍵點6.2.1中導洞6、開挖和早期支護1 中導洞開挖中導洞開挖斷面尺寸通常情況下由設計確定，假如斷面大小無法滿足風、水、電等施工設施部署或施工運輸需要時，可經過設計變更合適加大導洞斷面。導洞開挖時應加強測量放樣控制，尤其是雙向開挖時。圍巖很好時可采取全斷面開挖，圍巖差時可采取短臺階法或超短臺階法開挖。開挖應采取光面爆破，以直眼掏槽為宜；爆破設計參數應經過試驗段檢驗和調整，假如無條件試驗時，可按公路隧道施工技術規范相關內容選擇，或可依據初步爆破設計在爆破施工中調整。開挖進尺、級圍巖采取0.51.0米，級及以下圍巖可選擇12.5米。2 中導洞早期支護至級圍巖依據具體情況選擇臨時超前支護方法，包含超前管棚、超前小導管或超前7、錨桿。級圍巖早期支護參數應依據圍巖情況慎重選定。開挖后應立即初噴混凝土，然后施工鋼格柵（型鋼拱架）和錨桿，再復噴混凝土至設計厚度。6.2.2中隔墻施工中隔墻襯砌施工前，先將基底清理潔凈，采取固定支架、組合鋼模板立模、泵送砼澆筑，澆筑段長度為每節612m，中隔墻下部按設計要求預設縱向排水管凹形槽。對于、級圍巖段，中隔墻頂要作為兩側主洞早期支護中工字鋼拱架一個支點，其上按設計要求預埋鋼板及連接鋼筋，并確保預埋位置正確。雙連拱隧道中隔墻上方圍巖是微弱步驟，施工過程中在中導洞及左、右主洞拱部開挖時有三次擾動，立即進行中隔墻上方回填和壓漿加固是施工關鍵步驟。中隔墻頂部支護方法采取以下方法（見中隔墻防護圖8、（圖3）：中隔墻頂部設置連接錨桿，其部署見中隔墻防護圖，入巖深度2.5m，端頭伸入中隔墻70cm，中隔墻澆筑完成后，在頂部掛鋼筋網后噴射砼回填密實。施工時也可在緊貼中導洞圍巖部位預埋壓漿管，以防噴射砼和圍巖之間存在空隙時在中隔墻頂進行注漿加固，以確保中隔墻和圍巖間聯結密實。6.2.3主洞超前預支護預支護類型關鍵有三種，即超前錨桿、小導管及管棚。具體按公路隧道施工技術規范相關要求實施。6.2.4主洞上臺階（拱部）開挖在導洞進行到一定距離，中隔墻澆筑混凝土達成設計強度，而且洞身超前支護施工完成后，分別進行主洞開挖。、級圍巖主洞開挖時可采取全斷面開挖法，對于III、IV級圍巖采取臺階法開挖。級及其以9、下圍巖優異行上臺階留關鍵土開挖，進尺控制在0.51.0 m之間。左、右洞工作面宜同時掘進，兩掌子面距離控制在50m為宜。主洞開挖時為預防偏壓對中隔墻砼及主洞拱圈砼造成破壞，當中隔墻一側進行主洞開挖時，必需對另一側進行回填和施作橫向支撐。6.2.5主洞上臺階（拱部）早期支護施工爆破出渣后立即施作早期支護，先按設計初噴找平，再安裝鋼拱架，然后打設錨桿、掛設鋼筋網，分層噴射混凝土達成設計厚度為止。6.2.6主洞下臺階（邊墻）開挖主洞上部每單洞開挖，支護完成315m后，經量測圍巖穩定，即可進行下部開挖。下部開挖采取松動爆破，挖掘機裝渣，大噸位自卸汽車運輸作業方法。下部開挖掘進期間應觀察上拱早期支護穩定10、情況，當圍巖穩定性差時或拱頂沉降較大時，下斷面應進行半側開挖，合適調整開挖進尺，不宜一次挖通。 在主洞開挖時，將對已成型中隔墻襯砌帶來影響，所以主洞洞身開挖爆破前，首先拆除中導洞開挖一側早期支護中鋼支撐，并對另一側進行回填或施作橫向支撐，以免因爆破沖擊鋼支撐而撞裂中隔墻襯砌砼和預防偏壓對中隔墻砼造成破壞。同時施工中除采取“短進尺，弱爆破”，調整最小抵御線方向和控制一次爆破裝藥量，并對已襯砌中隔墻砼表面采取防護方法，預防爆破飛石損傷襯砌。其防護方法有以下兩種方法：1 爆破時，在爆破另一側對中隔墻輔以I16工字鋼橫撐（縱向間2m，支點距中隔墻頂1.61.8m）。為預防爆破飛石砸壞中隔墻砼表面，影響11、砼外觀質量，對中隔墻大于60m范圍內全表面用12mm厚人造紙板護面覆蓋防護，同時在中隔墻大于40m范圍內采取移動式方木框架釘鐵皮防護擋板遮擋防護。圖3 中隔墻防護示意圖2 爆破時，在爆破另一側對中隔墻輔以C15片石砼橫撐（縱向間距2m，支點距中隔墻頂1.61.8m）和土石回填密實。為預防爆破飛石砸壞中隔墻砼表面，影響砼外觀質量，對中隔墻大于60m范圍內全表面用12mm厚人造紙板護面覆蓋防護，同時在中隔墻大于40m范圍內采取移動式方木框架釘鐵皮防護擋板遮擋防護。6.2.7主洞下臺階（邊墻）早期支護施工下部臺階（邊墻）爆破出渣后，立即進行早期支護。6.2.8仰拱施工主洞早期支護全部完成后，經量測洞12、室處于穩定狀態，此時二次襯砌立即跟進。為立即使早期支護封閉成環，首先安排仰拱施工。1 仰拱施工階段，連拱隧道處于最不利受力狀態，為預防側墻受力過大而引發拱圈破壞，仰拱施工要求左、右洞對稱進行， 仰拱施工采取棧橋，施工長度視圍巖情況而定。2 仰拱澆筑完成前嚴禁車輛通行。砼澆筑后，養護3d后進行隧底砼填充施工。3 砼填充時必需分層澆筑，每層厚度小于30cm，嚴禁車輛在仰拱上運行。假如邊墻不穩定，可架立橫梁支撐，將側墻頂緊。6.2.9拱墻襯砌施工在隧道早期支護形成穩定閉合環后，立即進行二次襯砌施工。二次襯砌由洞外（進口）逐步向洞內（左、右洞對稱）向前澆筑，盡可能降低因為中隔墻頂再一次受力體系改變產生13、對中隔墻頂水平推力影響。二次襯砌可采取整體式襯砌臺車澆筑。 襯砌施工作業關鍵點：1 首先認真清理早期支護表面，割除砼表面露頭鋼筋、鐵絲，鑿除砼凸起部分。中隔墻頂面應清洗潔凈。先用鐵絲將拱部環向50mm軟式透水管和墻腳縱向80mm軟式透水管固定在早期支護表面，中隔墻部分將50mm軟式透水管按入預留槽內，并和墻腳縱向80mm軟式透水管接通。 2 洞口首段襯砌必需左、右洞對稱同時澆筑，預防水平推力過大破壞中隔墻穩定，澆筑過程中，在中隔墻側臺車和墻體間設置若干木楔。經過木楔松緊情況檢驗判定臺車對墻體產生水平推力情況，用以控制澆筑速度。3 當拱圈砼澆筑到中隔墻頂面時，拱圈左、右部分應對稱交替進行澆筑，預14、防拱圈變形。拱圈澆筑連續分層澆筑，每層厚度30cm，側墻砼坍落度控制在1416 cm左右為宜。封頂時，可調整砼坍落度為1618cm，同時合適增加砂率及水泥含量，提升砼泵送性能，預防堵管。同時，采取附著式振搗器振搗。7 勞動力組織（單口作業）表1 單工作面作業勞動組織表（參考）序號工作項目工種人數備注1開挖開挖工6挖掘機司機1自卸車司機22早期支護型鋼加工、安裝4鋼筋網片加工2噴射混凝土6混凝土攪拌運輸罐車司機23混凝土施工模板工3砼工4泵車司機1混凝土攪拌機司機1裝載機司機2機械修理工14測量及其它技術員2測工45其它隊長1技術主管1質檢員1專職安全員2試驗員1電工2空壓機司機18 關鍵機具設15、備表2 施工通風機具表序號作業名稱型號（參考使用）單位數量備注1施工通風變壓器315KVA臺2 通風機臺13 2開挖鑿巖機YT28型臺12 空壓機20m3/min臺2 裝載機ZL50臺2 自卸車5T輛5 簡易鉆孔臺車自制臺1 3早期支護砼干、濕式噴射機6m3/h臺各1 拌合機JS350滾筒式臺1 鋼筋切斷機GQ401型臺1 鋼筋彎曲機臺1 電焊機臺3 風鎬把2 4襯砌簡易臺車自制 防水層施工臺2 襯砌臺車自制 襯砌砼作業臺2 拌合機JS500型電子配料斗套1 砼輸送泵HB80型臺1 砼運輸車3 m3輛3 裝載機ZL50臺2 電動熱合機ZRP-V型自爬式臺2 鋼筋切斷機臺3 電焊機臺3 插入式振16、搗器套4 附著式振搗器套6 9 質量控制9.1易出現質量問題中隔墻頂部不密實；左右洞變形輕易相互影響；中隔墻在左右洞爆破時遭到破壞。9.2確保方法連體隧道埋深淺，風化嚴重。中隔墻上方圍巖穩定性是微弱步驟，施工過程中在中導洞及兩側主洞拱部開挖時有三次擾動，要立即進行中隔墻上方噴混凝土回填和壓漿加固是施工關鍵步驟。施工兩側兩洞作業面錯開施工，縱向間距約50m。后施工一側主洞開挖和襯砌，要在另一側主洞二次襯砌完成，且砼達成一定強度后進行。 在主洞上、下斷面開挖時，將對已成型中隔墻襯砌帶來影響，所以主洞洞身開挖爆破前，首先拆除中導洞開挖一側早期支護中鋼支撐，并對另一側進行回填和施作橫向支撐，以免因爆破17、沖擊鋼支撐而撞裂中隔墻襯砌砼和預防偏壓對中隔墻砼造成破壞。同時施工中除采取“短進尺，弱爆破”，調整最小抵御線方向和控制一次爆破裝藥量，并對已襯砌中隔墻砼表面采取防護方法，預防爆破飛石損傷襯砌。10安全方法10.1關鍵安全風險分析連拱隧道開挖要重視塌方、大變形等安全風險評定，提出對應風險處理方法，編制施工應急預案。10.2確保方法10.2.1開挖人員抵達工作地點時，應首先檢驗工作面是否處于安全狀態，并檢驗支護是否牢靠，如有松動石、土或裂縫，應先清除或支護。遇有不良地質地段施工時，應根據先治水、少擾動、早噴錨、緊封閉標準穩步前進。10.2.2噴錨支護時，危石應清除，腳手架牢靠可靠，噴射手應佩戴防護18、用具；機械各部應完好正常，壓力應保持在0.2Mpa左右；注漿管噴嘴嚴禁對人放置。10.2.3伴隨隧道各部開挖工作掘進，應立即進行襯砌或壓漿，尤其是洞門建筑襯砌必需盡早施工，地質不良地段洞口必需首先完成。10.2.4襯砌使用腳手架、工作平臺、跳板、梯子等應安裝牢靠，不得有露頭釘子和突出尖角。腳手架及工作平臺上鋪板應釘鋪堅固，木板端頭必需搭于支點上，高于2m工作平臺上應設置不低于1m欄桿。跳板應設防滑條。11 環境保護方法11.1避免炸藥爆炸產生有害氣體和粉塵含量，降低了對空氣污染，節省了炸藥等能源消耗。11.2經過對雙連拱隧道采取分部開挖，充足利用人力和小型機具，降低了大型設備數量，從而降低了油19、料消耗，達成節能和環境保護要求。11.3對于雙連拱隧道中加強施工用水管理，預防水土流失。隧道施工中采取防水板和止水帶等綜合防排水方法，降低了水土流失，做到環境保護和節省水資源要求。11.4優化了雙連拱隧道設計支護參數，節省了錨桿和混凝土數量，從而節省建筑材料，起到了節省能源目標。11.5雙連拱隧道洞口和棄土場等立即修建擋護和排水系統，做到先擋后棄，預防水土流失，對環境造成影響。12 應用實例12.1工程介紹蒼嶺坑1號隧道為雙連拱隧道，設計長度為365m（其中明洞10米，暗洞355米），蒼嶺坑1號隧道經過浙江省交通廳質監站質量判定，被評為優良工程并順利經過交工驗收。該技術推廣應用于蒼嶺坑2號隧道20、（456m）、鎮頭隧道（210m），并取得了良好效果。12.2施工情況蒼嶺坑1號隧道為獨頭掘進，因為出口場地部署優于進口，所以由出口單向施工至進口，進口只進行明洞施工和掛設洞門。中導洞及中隔墻由出口方向施工完成后,從出口施工左右隧道。左、右線隧道采取上下臺階法施工，左右洞交叉施工，左右線施工斷面距離不應小于50m。隧道開挖采取風動鑿巖機鉆眼，裝載機裝渣，15T自卸車運渣。隧道襯砌采取輸送泵配合整體模板臺車施工。蒼嶺坑1號隧道6月15日開工，9月30日完工。12.3工程結果評價 此工程中雙連拱隧道施工采取了中導坑法，分層式曲隔墻，在中隔墻部位富水段每24m，增設一道透水管，施工工序簡單，臨時支護及拆除量小，工期短，成本低，三座雙連拱隧道中隔墻和拱部連接部無一處滲水情況出現，后期運行用于隧道維護治理方面費用大大降低。12.4建設效果及施工圖片 圖4 連拱隧道中隔墻施工 圖5 洞口超前大管棚施工 圖6 主洞鋼拱架施工效果圖 圖7 主洞開挖及隧道成型效果圖