李艷明

（中鐵建十八局國(guó)際工程公司，天津 300222）

淺談雙連拱隧道施工技術(shù)與施工方法

李艷明

（中鐵建十八局國(guó)際工程公司，天津 300222）

隨著高速公路和城市道路建設(shè)的發(fā)展，雙連拱隧道由于其不僅能滿足上、下行車分離的要求，而且具有接線難度小、占地少、環(huán)境保護(hù)好，在平面線路、洞口位置等選擇的自由度大的特點(diǎn)，在500m以下的短隧道設(shè)計(jì)中已普遍采用.在施工過程中，雙連拱隧道施工方法主要為三導(dǎo)洞分步施工法、中導(dǎo)洞施工法、單洞施工法、雙洞全斷面半行施工法.

雙連拱隧道；新奧法；挪威法；施工方法

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，雙連拱隧道于1974年在日本伊祖隧道首次被采用[4]，后來在一些歐美國(guó)家也被先后采用，我國(guó)是20世紀(jì)90年代陸續(xù)開始采用，隨著高速公路和城市道路建設(shè)的發(fā)展，雙連拱隧道作為隧道類型中的一種，由于其不僅能滿足上、下行車分離的要求，而且具有接線難度小、占地少、環(huán)境保護(hù)好，在平面線路、洞口位置等選擇的自由度大的特點(diǎn)，在500m以下的短隧道設(shè)計(jì)巾已普遍采用.但是由于雙連拱大跨度隧道在受力分析上存在許多不利因素，在施工技術(shù)和施工方法上還不完善，尚處于摸索和積累經(jīng)驗(yàn)階段，因此其施工難度是很大的.

國(guó)內(nèi)單洞隧道施工技術(shù)已十分成熟，而雙連拱隧道因其受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可供借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)還不多，其施工技術(shù)和施工方法尚在探討和摸索之中.本文將根據(jù)目前雙連拱隧道的發(fā)展?fàn)顩r淺談其施工技術(shù)與施工方法.

1 雙連拱隧道的施工技術(shù)

經(jīng)過各國(guó)隧道建設(shè)的實(shí)踐，目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的隧道施工技術(shù)主要有新奧法和挪威法.相對(duì)而言，新奧法更適用于軟至中硬巖隧道，而挪威法更適用于中硬至硬巖隧道. 1.1 新奧法施工技術(shù).新奧法（NATM）是新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱,在我國(guó)常把新奧法稱為“錨噴構(gòu)筑法”.是于20世紀(jì)70年代末期經(jīng)過日本傳人我國(guó)的，經(jīng)過近30年的實(shí)踐，已成為目前我國(guó)隧道施工的主導(dǎo)方法，不管硬巖還是軟巖，大都采用新奧法.但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了新奧法在中硬至硬巖隧道建設(shè)中的嚴(yán)重不足，如開挖量大、建設(shè)成本高、維修困難等.

新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用,采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段,對(duì)圍巖進(jìn)行加固,約束圍巖的松弛和變形,并通過對(duì)圍巖和支護(hù)的量測(cè)、監(jiān)控,指導(dǎo)地下工程的設(shè)計(jì)施工.使用此方法進(jìn)行施工時(shí)，對(duì)于巖石地層，可采用分步或全斷面一次開挖，錨噴支護(hù)和錨噴支護(hù)復(fù)合襯砌，必要時(shí)可做二次襯砌；對(duì)于土質(zhì)地層，一般需對(duì)地層進(jìn)行加固后再開挖支護(hù)、襯砌，在有地下水的條件下必須降水后方可施工.

采用新奧法時(shí)要掌握3個(gè)基本點(diǎn)：（1）圍巖是隧道穩(wěn)定的基本部分，支護(hù)是為了與圍巖共同形成能自身穩(wěn)定的“承載圈”或支承單元，應(yīng)盡量維護(hù)圍巖體的強(qiáng)度性能，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；（2）支護(hù)和襯砌要薄且具有柔性，并與圍巖緊密貼合，使因受彎曲而發(fā)生破壞的可能性達(dá)到最小.主要采用錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼支撐等支護(hù)為主進(jìn)行加固；（3）正確地估計(jì)圍巖特性及其隨時(shí)間的變化，進(jìn)行必要的監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)圍巖分類，自穩(wěn)時(shí)間和位移變形速率等參數(shù)，選擇最適宜的支護(hù)參數(shù).

采用新奧法施工要求整個(gè)施工過程必須進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，通過監(jiān)控量測(cè)得出圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載—變形—時(shí)間特性，監(jiān)視施工狀態(tài)，控制圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，并及時(shí)采取措施，保證隧道施工能安全地進(jìn)行.

采用該方法修建地下隧道時(shí)，對(duì)地面干擾小，工程投資也相對(duì)較小，已經(jīng)積累了比較成熟的施工經(jīng)驗(yàn)，工程質(zhì)量也可以得到較好的保證.新奧法廣泛應(yīng)用于山嶺隧道、城市地鐵、地下貯庫(kù)、地下廠房、礦山巷道等地下工程.

1.2 挪威法施工技術(shù).由于施工快速、建設(shè)成本和維修成本低等特點(diǎn)，挪威法已在國(guó)外，特別是西方國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，被證明為一種非常有效的隧道施工方法.

挪威法在有些理念方面與新奧法很相似，如都強(qiáng)調(diào)巖體自身的承載作用，支護(hù)只是輔助手段.但很多方面有較大的區(qū)別，挪威法特別重視施工前的地質(zhì)勘探(兩次)，約占總費(fèi)用的3%～5%，挪威法由于無需超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，大大減少原型觀測(cè)工作，不采用二次襯砌，使得建設(shè)總成本大大降低(20%～30%)，同時(shí)減少了大量施工工序，可實(shí)現(xiàn)快速施工.采用可自立式錨桿和鋼纖維混凝土，實(shí)現(xiàn)安全快速施工.特別是挪威法采用自立式防水層，由于無二次襯砌，防水板漏水時(shí)可局部修補(bǔ)，維修非常方便，維修費(fèi)用低，且不影響運(yùn)營(yíng).另外，挪威法具有一整套表格和經(jīng)驗(yàn)公式供具體實(shí)施，可操作性強(qiáng).因此，在中硬至硬巖隧道中，挪威法較新奧法具有無可比擬的優(yōu)越性.

挪威法強(qiáng)調(diào)爆破后工程師在掌子面進(jìn)行地質(zhì)觀測(cè)，并根據(jù)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，做到真正意義上的動(dòng)態(tài)施工和信息化實(shí)施，使支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理.挪威隧道施工方法是一種真正意義上的動(dòng)態(tài)施工和信息化施工.強(qiáng)調(diào)每次爆破后對(duì)掌子面附近的地質(zhì)情況進(jìn)行觀察和描述，計(jì)算出巖石質(zhì)量Q值，并根據(jù)Q值及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).雖然風(fēng)險(xiǎn)分享系統(tǒng)及其他施工管理也是挪威法的特色，但從技術(shù)層面來看，挪威法的特色更在于它的圍巖分類系統(tǒng)(Q值法)和離散單元法的應(yīng)用.

2 雙連拱隧道施工方法的種類

目前雙連拱隧道施工方法歸納起來可分為4種：(1)三導(dǎo)洞分步施工法；(2)中導(dǎo)洞施工法；(3)單洞施工法；(4)雙洞全斷面半行施工法.

2.1 三導(dǎo)洞分步施工法.三導(dǎo)洞分步施工法其工序流程為：(1)中導(dǎo)洞開挖及支護(hù)；(2)中隔墻襯砌；(3)左導(dǎo)洞開挖及支護(hù)；(4)左側(cè)邊墻襯砌；(5)右導(dǎo)洞開挖及支護(hù)；(6)右側(cè)邊墻襯砌；(7)左洞上半斷面開挖及支護(hù)；(8)左洞拱部襯砌；(9)右洞上半斷面開挖及支護(hù)；(10)右洞拱部襯砌；(11)左洞下半斷面開挖及仰拱襯砌；(12)右洞下半斷面開挖及仰拱襯砌.

這種施工方法采用三導(dǎo)洞分步施工法，安全可靠，特別是很好地處理了左、右洞拱部施工由不對(duì)稱性到左、右洞拱部施工完畢后的對(duì)稱結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，確保了結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全.對(duì)于地質(zhì)情況很差、埋深較淺的軟弱圍巖(I類、Ⅱ類)，采用三導(dǎo)洞分步施工法比較穩(wěn)妥.但由于施工工序多，對(duì)圍巖和已建結(jié)構(gòu)存在多次擾動(dòng)，不同部位襯砌間隔時(shí)間長(zhǎng)，使得施工縫更加明顯.而且拱墻襯砌分步施工，防水系統(tǒng)施工質(zhì)量難以保證，特別是中墻頂處易出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象.從經(jīng)濟(jì)上考慮，由丁多導(dǎo)洞開挖和支護(hù)，加大了成本，隧道造價(jià)高；由于多導(dǎo)洞施工工序多，施工工序分步多，施工斷面小，不利于大型機(jī)械作業(yè)，工期較長(zhǎng).

2.2 中導(dǎo)洞施工法.對(duì)于Ⅲ類或Ⅲ類以上圍巖，可以考慮不設(shè)兩側(cè)導(dǎo)洞，而是中導(dǎo)洞中墻施工后，直接進(jìn)行左、有正洞的開挖，正洞開挖方法可采取全斷面法、正臺(tái)階法等.中導(dǎo)洞施工法其工序流程為：(1)中導(dǎo)洞開挖及支護(hù)；(2)中隔墻澆筑；(3)左洞開挖及初期支護(hù)；(4)左洞二次襯砌；(5)右洞開挖及初期支護(hù)；(6)右洞二次襯砌.

相對(duì)三導(dǎo)洞分步施工法，采用中導(dǎo)洞施工法減少了兩個(gè)邊導(dǎo)洞的施工，拱墻采取整體一次襯砌；工序較簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度較高，臨時(shí)支護(hù)工作量減少，施工進(jìn)度較快，節(jié)約投資；而且中導(dǎo)洞先施工，也起到了超前探明隧道地質(zhì)情況的作用，為左、右正洞施工創(chuàng)造了條件.

2.3 單洞施工法.單洞施工法的工序流程為：(1)左洞開挖、初期支護(hù)及中墻澆筑；(2)左洞二次襯砌；(3)右洞開挖及初期支護(hù)；(4)右洞二次襯砌.對(duì)單個(gè)隧道而占其施工技術(shù)已經(jīng)很成熟，根據(jù)圍巖情況可采用全斷面法、正臺(tái)階法和其他分步施工方法(如CRD法、眼鏡法等)，因此單洞施工法適用范圍比較廣.施工中左、右洞按單洞前后錯(cuò)開施工.

采用單洞施工法要注意如下內(nèi)容：(1)對(duì)于先施工的單洞，中墻部分也一并開挖支護(hù)和襯砌，中墻頂部圍巖應(yīng)根據(jù)具體情況加強(qiáng)支護(hù).(2)中墻頂部采用錨桿與圍巖連接，給先施工的洞室提供支持力，保待結(jié)構(gòu)平衡.(3)后施工的單洞則應(yīng)特別注意不對(duì)稱受力的影響.后開挖的單洞，最好采用上、下臺(tái)階分步開挖，尤其要嚴(yán)格控制下臺(tái)階的開挖長(zhǎng)度，下臺(tái)階開挖后要及時(shí)做二次襯砌，最大限度地縮短不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，確保結(jié)構(gòu)在時(shí)間和空間上的安全性.原則上，后開挖的洞要在先開挖的洞施工完主體結(jié)構(gòu)后才能進(jìn)行，尤其是要在仰拱施工完后，使之形成閉合受力結(jié)構(gòu)；后開挖的洞，在開挖靠中墻部分的圍巖時(shí)，可以通過控制爆破，減少對(duì)中墻的破壞.下臺(tái)階開挖時(shí)可采取先施工遠(yuǎn)離中墻一側(cè)圍巖，增加靠中墻一側(cè)圍巖的爆破臨空面.

單洞施工法減少了工序，降低了對(duì)圍巖的擾動(dòng)，縮短了全斷面結(jié)構(gòu)建成時(shí)間；同時(shí)采取單洞防排水系統(tǒng)，保證了防水、排水施工質(zhì)量；減少了導(dǎo)坑開挖支護(hù)，降低工程造價(jià)；工程進(jìn)度快，工期較短.

2.4 雙洞平行施工法.雙洞平行施工法工序流程為：(1)左、右洞開挖及初期支護(hù)；(2)中墻開挖及中墻襯砌；(3)中墻頂部開挖及支護(hù)；(4)左、右洞襯砌.

雙洞平行施工法開挖左、右洞時(shí)，要特別注意中隔墻巖柱的穩(wěn)定，使之能平衡左、右洞圍巖傳遞來的應(yīng)力.開挖中隔墻巖柱采取跳槽式開挖，開挖長(zhǎng)度控制在4～5m左右，開挖前采用長(zhǎng)錨桿加固中隔墻頂部圍巖，開挖后要立即進(jìn)行中墻襯砌和左、右洞二次襯砌.

這種施工方法保留中墻巖柱，左、右正洞同步掘進(jìn)，施工工序簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)受力傳遞明確，襯砌完整性較好，施工進(jìn)度快.該施工方法適用于圍巖穩(wěn)定性好的硬巖隧道，對(duì)于軟土隧道施工，安全難以保證，不宜使用.由于襯砌工序不宜落后開挖點(diǎn)過長(zhǎng)(不宜超過30m)，工序干擾大.

3 幾點(diǎn)體會(huì)和建議

3.1 當(dāng)前和今后很長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)將修建大量的隧道和地下工程，雙連拱隧道的修建量大大增加.因此在有必要引進(jìn)和推廣當(dāng)今世界上廣泛采用的挪威施工方法，徹底改變我國(guó)目前中硬至硬巖隧道仍采用新奧法這一極不合理的局面.

3.2 從以上4種施工方法中可以看出：雙連拱隧道施工其核心在于中墻的施工，中墻是整個(gè)隧道受力轉(zhuǎn)換和受力平衡的支撐點(diǎn)，各種施工方法也都是圍繞著中墻施工來進(jìn)行.

3.3 中墻頂防水處理是雙連拱隧道防排水的關(guān)鍵，通過施工實(shí)踐表明，采取按兩個(gè)單洞獨(dú)立設(shè)置防排水系統(tǒng)更加合理可靠，很好地解決了中墻頂滲漏問題.

3.4 采取大斷面施工是目前雙連拱隧道施工的發(fā)展趨勢(shì)，而雙連拱隧道大多處在淺埋、偏壓地質(zhì)條件下，因此認(rèn)真做好超前預(yù)支護(hù)對(duì)雙連拱隧道施工十分重要，必要時(shí)采取預(yù)注漿等措施加固地層和改良地層，充分調(diào)動(dòng)和利用圍巖的自承作用，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng).

3.5 在圍巖稍好的情況下,雙連拱隧道正洞施工采用下導(dǎo)超前的全斷面法比較合適.雙跨連拱結(jié)構(gòu)跨度大，開挖時(shí)采取多次爆破加大了對(duì)圍巖和已建結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)和破壞，也不符合充分利用圍巖自承作用的新奧法原理；而采取下導(dǎo)適度超前施工，增加了全斷面開挖的臨空面，減少了爆破用藥量，大大減弱了爆破對(duì)圍巖的破壞.

〔1〕李健清.雙連拱隧道施工方法探討.公路，2005.

〔2〕張治國(guó).雙連拱隧道施工技術(shù)探討.建筑與工程，2008.

〔3〕田如金.雙連拱隧道施工問題研究.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008.

〔4〕秦榮旺.雙連拱隧道施工方法淺析.中國(guó)水運(yùn),2008:129.

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