双连拱隧道施工工艺

一、设计概况及特点

双连拱隧道是在通过山势不高，纵向长度较短，横坡较陡，下行线，公路上，下行线在此分不开的情况下，设置双跨连拱隧道，其单跨断面为单心圆结构，边墙为曲墙，中隔墙也为曲墙，单跨净宽10.8—11.0M，净高7.8M—8.0M，开挖断面为9.9 M—10.0M，上下行线通过厚3M的钢筋砼中隔墙相连，初支采用工字钢（正洞）和钢花拱锚杆，挂网锚，喷砼与单跨隧道基本相同，二衬采用钢筋砼结构，联拱隧道由于通过地段的地质条件特殊性，决定了其设计和施工具有以下特点：

1、埋深浅长度短：

因连拱隧道通过的地段一般山势较低，其最大埋深在50—80M左右，纵向长度在500M以下，在长度较大，山势较高一般不采用连拱隧道，而采用上下行线分开的单拱隧道。

2、偏压：

连拱隧道通过地段地势较陡，上下行线两侧埋深不同。整条隧道也就不同程度的存在偏压，特别是洞口偏压严重，这给隧道口施工带来很大困难。

3、由于埋深浅，双拱隧道一般地质条件复杂，围岩软弱破碎，节理发育差。隧道内的水，受地表水影响较大。雨季施工困难，给隧道施工的安全增加了难度。

4、跨度大：

与铁路隧道相比，单跨公路隧道本身跨度就较大（12.8M），两个单拱隧道连在一起，其跨度是单供隧道的2倍达26.4M。相当铁路隧道车站的跨度，而且结构复杂，施工非常困难。

5、施工工序复杂，工序间相互影响大

双拱隧道的设计特点：偏压、跨度大。决定其施工必须分多个步骤进行。各个工序相互影响很大，就要求双连拱隧道的施工必须要有科学合理的施工组织设计。要理清各个工序的先后顺序及相联关系，在施工过程中尽量减小各施工工序之间的相互影响并根据施工中的实际情况灵活的调整，工序安排保证安全、优质建好双连拱隧道。

二、施工工艺

1、开挖施工

因连拱隧道具有埋深浅，跨度大，地质条件复杂、围岩风化破碎，受雨季地表水影响大的特点，开挖必须遵守“短进尺、弱爆破、强支护、早闭合”的原则。按设计要求严格进行监控量测。并把量测结果反溃到施工中，每天的水平收敛值0.1—0.2mm/d，拱顶下沉值0.1 mm/d以下一般基本稳定，如果大于此值加强每天的找顶工作。目前，双连拱的施工，主要有中导洞和三导洞两种施工方法。

根据隧道进出口地形条件及施工场地的实际情况，中导洞开挖可以从隧道两端同时施工，在隧道中间贯通，也可以从隧道一端开挖，在另一端贯通，根据地质条件中导开挖分全断面和短台阶两种施工方法，在围岩较好的Ⅳ类围岩可采用全断面开挖中导，加快施工进度在围岩破碎，节理发育及在洞口地段采用短台阶也可保证安全。无论采用哪种方法，皆采用光面爆破技术尽量减少中导洞对两侧正洞围岩的扰动，每一循环进尺要控制在1M以下，围岩好的情况下也不能超过1.5M。支护要紧跟开挖面，不允许围岩暴露时间太长，杜绝坍方，中导洞即使有小面积坍方，也会给正洞开挖带来很大影响。

中隔墙砼的施工顺序刚好和中导开挖顺序相反，根据现场情况，可采用从隧道中间向两端施工的顺序。如一座隧道只设一个拌和站。一般采用远离拌和站的一端向靠近拌和站的一端的施工顺序，但在工期紧的情况下可采用从隧道中间到两端同时施工。

为减轻相互影响，上下线正洞开挖一般错开40M左右，单跨正洞采用先拱后墙法分台阶施工。拱部开挖高度3.5M—4M比较合适，爆破技术要尽量减少对中隔墙的影响，决不允许将中导洞作为临空面进行爆破设计，下部开挖要先在边墙处开槽，将拱部初期支护接下来后，在开挖中间部分注意不能进尺太长，最多开挖出两榀拱架距离的长度并尽快施工初期支护；封闭围岩，防止因拱部支护长时间悬空而造成塌方。

2、三导洞施工方法：

三导洞施工方法除在中隔墙处开挖一导洞外，在上下行线两侧分别开挖一条侧导洞在中墙砼与边墙砼施工完后再开挖上，下行线正洞施工步骤如下：

侧导洞的开挖方法与中导洞相似，三导洞施工完后，再开挖上、下行线的正洞。。正洞开挖Ⅱ类围岩用台阶法施工，顺序与中导洞法不同，属与先墙后拱，不是先拱后墙，因在侧导洞开挖过程中，正洞边墙初期支护已施工爆破设计时，均要尽量减少爆破对中隔墙及侧墙的影响，不能因初期支护已全部完成而随意加大药量，加大进尺，造成的施工初期支护坍塌。

从以上两种施工方法，施工过程中看出：中导洞施工法具有工序简单，临时支护及拆除量小，工期短、成本低，但在地质条件复杂，围岩地段不利于安全施工，而三导洞施工具有正洞支护闭合早，施工安全的优点，但工序复杂，工期成本高，两种施工方法主要根据隧道实际地质情况灵活运用，在地质条件复杂，涌水量大及洞口浅，偏压、围岩软弱一般用三导洞法施工，而较好的地段采用中导洞施工。

三、几个特殊问题的处理措施：

1、连拱隧道Ⅱ类围岩一般采用ф108超前管棚支护，但如果管棚设计太长大于40M，且洞口位于曲线上，一次施工很难保证安装位置准确，也可以在洞内开挖洞室，分两次施工，因此水平钻机操作平台必须牢固、安全，相连两接头不允许在一个断面上。终压1.5—2.0Mpa

2、初期支护要遵循“短进尺，早封闭”的原则，必须一炮一支，防止围岩爆露太长而引起的坍方，特别是正洞下部开挖，钢架接脚时要控制好进度（不能过长）绝不能使拱部初期支护长距离或连续长时间悬空，钢架架立要控制在2小时以下(工艺安全、人身安全)。

3、隧道内的超前支护，注浆锚杆，除加固围岩的同时，也一定起堵水的作用（要有这个认识）。所以说联拱隧道结构上的特点决定了其施工过程中必然会有不同于单拱隧道的特殊性问题，如何科学的处理好特殊问题，是安全、优质的施工好连拱施工过程中必须根据具体情况，科学、合理、灵活的选择处理方案。

4、中侧导洞断面的选择

中侧导洞为安全开挖正洞而首先贯通的辅助导洞，其断面大小；在设计上一般没有严格的要求，选择断面主要是考虑导洞开挖施工机械配备情况，在单口开挖长度大于100M时的情况下，一般采用装载机配汽车出渣，断面宽度最好在5.5M左右，在单口长度小于100M的情况下，4M宽就可以满足要求，中导洞的高度一般比中隔墙高出0.5M即可。

5、中隔墙的水平推力平衡

上、下正洞在中导洞施工结束后开始开挖上下行线的正洞太低不利于种隔墙施工，太高会造成中隔墙顶会填量大，且不利于安全，侧洞同样。为减小开挖施工的相互影响，上下行线的开挖施工，不能齐头并进。必须一前一后错开40M左右。这样在上、下行线两个开挖面之间一侧正洞的初期支护已完。而另一侧支护还未施工，该段中隔墙必须要受到一个向未开挖一侧的水平推力，为了中隔墙的施工安全，在中隔墙上要打临时支撑。支撑可用方木或钢管纵向间距2米一排，必须支撑牢固，开挖另一侧时再拆除。

6、中隔墙防水

设计图中隔墙的排水方案顶部设一条ф80的纵向透水管，每隔几米用硬塑引管将水引至水沟中，中隔墙平铺防水板将水引至排水沟。

7、在开挖施工过程中及时做好洞内排水系统，严禁洞内积水、排水沟不能沿边墙设置，避免软化边墙基底围岩，使其强度降低造成隧道坍塌。

8、仰拱最好在二次衬砌之前施工，使支护体系尽早形成封闭系统，

9、由于联拱隧道跨度大、洞口一般偏压严重，洞口刷坡后极易造成山体松动下滑，进而失稳，从开挖到支护时间间隔不能太长，同时加强边仰坡的变形观测。

10、中导洞的开挖施工，对正洞来说（时最好的），最准确的超前地质预报，因而在开挖过程中要对围岩进行详细、准确的记录，指导正洞施工。

11、由于联拱隧道跨度大，即使在围岩好的情况下也要坚持短进尺、弱爆破、强支护、早闭合”的开挖施工原则，以减少或杜绝坍方。

　5、主要技术对策 

　　5.1拱部沉降和拱脚收敛的控制 

　　黄土隧道与石质隧道的最大不同点就是拱部沉降和拱脚收敛较大，针对这种情况我们采取了以下措施。 

　　5.1.1监控量测 

　　在隧道施工过程中，从第一组衬砌开始，一个断面内在拱顶和2个拱脚处埋设3个观测点，用收敛计和水平仪分别观测拱脚水平收敛值和拱顶下沉值。随着隧道施工的前进，每隔10m作一个观测断面，最前端的一个断面紧跟掌子面。前7d每天观测1次，以后1个月内3d观测1次，之后每月观测1次。 

　　通过观测发现在拱部一次衬砌施工完毕至边墙开挖前，拱顶下沉6－8cm，拱脚收敛1－2cm。在边墙开挖后拱部发生第二次下沉，下沉量为6－8cm，收敛量基本不变。 

　　根据观测结果及时反馈至施工中去，将原有预留沉降量15cm变为17cm。有效地保证了二次衬砌的厚度。 

　　5.1.2及时封闭仰拱 

　　据量测，在一次混凝土初期支护完成后，隧道拱顶下沉约12－16cm。为避免继续变形，应及时封闭仰拱混凝土。仰拱与马口之间的距离保持20cm为宜，不能偏大。仰拱采用半幅施工法，保证上下导坑作业的进行。当半幅施工30cm左右，再换至另外半幅。 

　　5.1.3及时封闭二次衬砌永久支护 

　　一次衬砌封顶时，受工作面的，可能造成封顶混凝土不密实。而两侧拱腰处向内挤的压力很大。如果不及时施作二次衬砌永久支护，容易在拱顶造成裂缝。针对以上情况我们在施工中每个洞口配备了1台边顶拱式混凝土衬砌钢模台车，二次衬砌施工与上下洞口同时作业。 

　　5.1.4加设锁脚锚杆 

　　在拱脚处每侧加设2根锁脚锚杆，锚杆为φ40钢管，长2m，垂直于拱脚外侧面打入土中1.5m。剩余0.5m与一次衬砌混凝土浇筑在一起。 

　　5.2预防塌方 

　　在开挖过程中，应遵循短开挖、强支护的原则，随时观察土质情况，发现土质疏松、节理发育时，加设调整循环进尺，同时加密管棚钢管数量，及时跟进一次衬砌，缩短开挖与衬砌之间时间间隔。如发生塌方，必须用同强度等级的混凝土填塞密实。 

　　6、结论 

　　黄土隧道采用正台阶先拱后墙、拱部环形、保留核心土法开挖有以下优点： 

　　（1）与锚喷法施工比较，有施工速度快，安全，节约投资的优点。单口平均月进尺90m，最高单口月进尺120m。 

　　（2）可以有效控制塌方、拱部沉降与收敛，使隧道各部的尺寸达到设计要求，保证永久支护混凝土厚度。 　 

　　黄土隧道施工注意事项

　　一、施工准备阶段注意事项

　　1、应在隧道施工前组织施工单位及监理单位的技术人员，认真学习《公路隧道施工技术规范》，熟悉设计文件，通过聘请专家进行黄土隧道施工技术专题讲座等形式，使施工单位及监理单位的技术人员掌握项目黄土隧道施工特点，保证上岗人员的业务素质满足黄土公路隧道建设的要求。 

　　2、组织设计技术交底与图纸会审，督促施工单位全面领会设计文件精神，会同设计单位核对设计图纸存在的问题，组织设计和施工单位共同核对地形地质条件是否与实地情况相符。

　　3、审核施工单位施工控制测量资料是否经监理单位批准并满足规范要求，审核实施性施工组织设计是否科学合理、切实可行。

　　4、审核施工单位施工现场布设是否合理、安全，尤其是危险品存放库房等设施设置情况及危险品采购手续办理情况。

　　5、检查验收施工单位洞口附属工程、临时设施、设备配置以及试验室建立情况。

　　6、审核施工、监理、试验单位人员、设备到位情况，各项制度措施建立健全情况。

　　7、审核施工、监理等单位从业人员岗前安全教育培训及上岗持证情况。

　　二、施工阶段注意事项

　　1、检查验收施工单位施工方法是否与施工组织方案一致。

　　2、检查验收洞口浅埋段、坡面防护及地表排水系统的完善情况。检查验收洞顶黄土陷穴的回填处理情况。

　　3、检查明洞的施工是否及时、规范，洞口安全施工支护措施是否合理有效。

　　4、进一步核实检查浅埋段和洞口加强段开挖施工方法、支护方式以及地质条件、地表沉陷等变化情况，核实施工安全保障措施是否有效可靠。

　　5、检查施工防排水系统是否通畅、顺适、完善。

　　6、检查隧道开挖循环进尺、核心土大小、侧壁导坑的长度、马口开挖长度是否合理、符合规范要求。

　　7、检查拱架、超前支护、衬砌砼厚度是否满足设计及规范要求。

　　8、检查对洞顶地表沉降、裂缝，洞内拱顶下沉、收敛是否按规范规定进行了监控，并详细了解监控量测情况。

　　9、抽查锚杆长度、角度、间距及钢拱架间距是否满足设计要求。

　　10、检查仰拱封闭、二次衬砌离掌子面之间的距离是否满足设计及稳定要求，并根据围岩状况及量测数据及时进行调整。

　　11、检查结构防排水系统的设置是否符合设计要求；

　　12、检查隧道施工现场布置、用电、通风、供水、照明、排水等设施安放情况是否安全可靠、规范，洞内亮度及通风效果是否满足规范要求。

　　13、检查辅助坑道的排水、支护等设施是否规范合理、安全可靠。

　　14、检查施工单位的现场填报资料是否及时、准确，包括施工日志、检验申请批复单、试验资料、地质编录等是否齐全，是否经监理检查签认。

　　15、检查监理单位的抽检资料与监理日志是否齐全。

　　16、检查施工单位对监理工作指令的执行情况，问题是否已得到解决且指令是否已经闭合。

　　17、检查施工单位对设计文件及施工规范要求的超前地质预报工作是否予以落实，有无针对不良地质情况所采取的相应对策及准备情况。

　　18、随时抽查检查监理、设计、施工单位安全设施、人员到位情况，人员资质是否满足要求，安全组织、制度体系是否建立健全。

　　19、检查监理、设计、施工、试验单位合同执行情况。

　　20、及时调查并协调处理施工中出现的地质病害、工程质量事故等，并对其他隧道存在的相应问题，组织相关部门提出预防及处理措施。

　　三、事件应急处理注意事项

　　1、检查施工单位的安全应急救援预案是否切实有效，并督促其按期进行应急救援演练。

　　2、督促、组织项目参建单位人员的安全教育和安全技术培训工作。

　　3、对施工中出现的特殊事件，如掌子面出现突泥、塌方、地表严重沉降、开裂、洞口塌方等特殊情况，要督促施工单位启动应急预案，并及时采取相应的施工措施，保证事故不继续发展及恶化，将发生的情况及时报请上级主管部门，以便组织相应的专家进行及时处理。

　　4、对施工中出现的安全事故，要按国家有关规定，在规定的时间范围内，逐级上报，不得隐瞒，并督促施工单位保护好现场，及时对受困人员展开搜救工作。

　　5、在安全事故处理过程中，要积极协助上级交通主管部门及地方安全生产管理部门的工作，及时提供相关的设计、施工、管理资料，协助分析事故发生的原因。