连拱隧道中隔墙的选择与施工.doc

1、连拱隧道中隔墙的选择与施工【摘 要】本文分析、比较了三种连拱隧道中墙的优缺点，并介绍了一些中墙的施工经验。 【关键词】连拱隧道；中墙；选择；施工 连拱隧道上、下行线通过中隔墙分开，与传统的隧道形式相比，隧道洞口需要的过渡段短，节约土地，同时又既有外型美观的特点，因此在城市交通及高速公路建设中被广泛采用。 1 中墙主要的结构形式 连拱隧道中隔墙先行施工，支撑拱顶，将开挖断面分割，达到减跨的目的。中墙在主洞施工时受到各方向反复的作用力，并支撑作用在拱部上的荷载，受力十复杂，是连拱隧道最重要的结构体，中墙设计、施工的质量好坏，直接关系到整座隧道的成败。 从目前建成的隧道及各种研究的情况看，连拱隧道中

2、隔墙主要以下三种结构形式，如图 1、2、3 所示。 2 方案的比较 第一种形式在 2000 年以前曾被广泛采用，实践证明此种中隔墙的弊病较多，存在先天不足，现在已经基本不采用，主要存在以下的弊病： 中墙与左右洞二衬分三次施工，施工缝不易完全对齐，造成错缝，受力不均，容易造成中墙纵横向开裂。 排水系统设计不合理，防水板在拱部接头，作业空间小，很难保证焊接质量，排水管容易被堵塞，造成中墙接头部位渗水。 排水系统设在中墙顶，拱顶回填混凝土浇筑在碎碎石层上（一般50cm 厚） ，基础不稳，难于达到支撑的作用，同时混凝土也易堵塞盲沟。 接头部位弧形难对应，造成错缝漏浆，建成的隧道多需要装修，影响混凝土外

3、观。 中墙作为永久结构，受力大，易下沉开裂，病害较多。 对于需要爆破的石质围岩增加中墙保护费用，而且一般保护不好，需要二次装修。 主洞的初期支护（钢支撑）没有支撑点，只能支撑在回填混凝土上，受力结构不合理。 后两种形式是在第一种形式上发展而来的，吸取了单洞隧道的施工经验，在技术上有很大的改进，目前应用较广。 第二种方案比第一种方案有很大的改进，排水系统设计更加合理，中隔墙作为临时支护结构，没有外观要求，减少了投入。但此种结构仍然有自身的缺点，主要表现在： 中隔墙分基础和墙身施工，工序较多。 中隔墙基础需与正洞二衬连接，宽度较宽，要求中导洞开挖较宽，同时基础模板、倒角模板不容易拆除，浪费严重。

4、在软弱围岩段，主洞钢筋预埋在中隔墙基础中，中隔墙模板必须打孔，拆除困难；同时由于接头钢筋伸出外漏，阻挡墙身模板平移。 中隔墙纵向排水管位置设置在基础上，容易渗水，同时在中隔墙基础上必须设纵向水沟，结构较复杂。 主洞二衬钢筋在施工中隔隔墙时就已经预埋，如果主洞围岩有所变化，没有调整的余地。 主洞通过中墙基础连成整体，相互影响，容易造成混凝土环向开裂。 第三种形式与前两种形式最大的改进在于，中隔墙与主洞完全分离，仅仅作为临时支护在主洞开挖时受力，正洞施工、受力有如单线隧道。主要有以下几种优点： 结构更加简明，施工相当方便。 排水系统完善，不会洞内渗水现象。 主洞二衬与中隔墙完全分开，主洞与中导洞之

5、间、主洞与主洞之间可以采用不同衬砌方案，灵活多变，设计可以更加接近实际，节省投资。 在相同的基础宽度下，对中导洞的宽度要求小。 3 中墙受力分析 对第三种方案，目前有一种认识，认为此种形式基础较窄，对中墙抗倾覆能力可能有影响，目前采用较少。汾柳高速公路离石段设计有一条连拱隧道，围岩为新老黄土，按类围岩设计，同时受浅埋偏压影响，是我国在建的第一条黄土连拱隧道，被交通部列位科研项目。中隔墙原来按第一方案设计，进场后根据我们的施工经验，经设计同意，将中墙变更为第三种方案，中墙基础宽 2.8m，墙身最窄处 1.8m。经过对施工过程的中墙受力模拟及现场监测，这种方案是可行的，并在以后的设计中进行了推广。

6、 3.1 计算模型 计算采用美国 ANSYS 公司的大型有限元计算软件 ANSYS，采用平面应变弹塑性数值模拟，以计算隧道结构与地层在开挖过程中发生的非线性变形特性。围岩（黄土）采用 6 节点三角形单元 PLANE2 模拟，初次支护喷射的 25cm 混凝土采用梁单元模拟，其厚度在实常数中输入，二次衬砌结构采用三角形平面单元 PLANE2 模拟，中隔墙采用三角形平面单元PLANE2 模拟，锚杆单元采用梁单元 beam3 模拟。 3.2 施工工序 隧道采用的三导洞法施工，其具体的施工顺序是：开挖中导洞及支护；浇筑中墙；开挖左侧导及支护；开挖左主洞及支护；开挖右侧导及支护；开挖右主洞及支护。 3.2

7、 计算结果和分析 3.2.1 中墙随开挖进程的变形 开挖过程中中墙的竖向位移如图 5 所示，从计算结果中可以看出：由于偏压的存在，中墙的沉降是不一致的，左侧大于右侧，其具体值如表 2 所示；对于左侧来说，施工步序的 4 和 5 引起的沉降较大，相反地，第 3 和 6 步对右侧的影响较大；在中墙底部左侧出现了向上的位移。 第 3 步中墙竖向位移图 第 4 步中墙竖向位移图 第 5 步中墙竖向位移图 第 6 步中墙竖向位移图 Fig.5Vertical displacement of mid-partition 水平方向的位移如图 6 所示。从计算结果中不难看出：右侧水平位移比左侧的大；中墙底部的

8、水平位移比顶部的大；时步 4 和 5 引起的水平位移相对较大；中墙整体被压缩，但其幅度不大，底部缩小0.05mm，上部收缩 0.01mm。 第 3 步中墙水平位移图 第 4 步中墙水平位移图 第 5 步中墙水平位移图 第 6 步中墙水平位移图 Fig.6 Horizontal displacement of mid-partition 3.2.2 中墙开挖进程的应力变化情况 图 7 给出了开挖过程中中墙的应力，对计算结果分析知道：最终中墙顶的应力比中墙底的大，且都为压应力；在开挖过程中，中墙中部的右侧出现了拉应力，但都不大，并没有超过混凝土的抗拉强度；时步 4 对中墙左侧的影响较大，如中墙左上

9、角点，在进行第 4 步时，其竖向应力从 0.05MPa 变成了-3.49MPa，其变化值是 3.54MPa；而时步 6 对右侧的影响较大；最大压应力出现在中墙顶部，左右洞初期支护在中墙的支撑部位。 第 3 步中墙竖向应力图 第 4 步中墙竖向应力图 第 5 步中墙竖向应力图 第 6 步中墙竖向应力图 Fig.7 Vertical stress of mid-partition 计算分析表明，一侧主洞开挖完毕，另一侧主洞未开挖时，中隔墙受力最不利，这种不对称开挖，使中隔墙受力不平衡，位移与塑性区最大，但变性与应力绝对值均不大，隧道的中墙都是安全的。施工中我们一直对中墙进行了监测，数据显示，在单侧

10、主洞开挖时，中墙受偏压影响，两侧基础沉降有一定的差异，但是差异不大，两侧沉降差不大于5mm，基本与计算结果吻合。 4 中隔墙施工 对于连拱隧道中墙衬砌方案，通过几条连拱隧道的施工，笔者向大家推荐一种比较合理的方案，希望对大家有所帮助。由于第一种方案逐渐被淘汰，这里就不再叙述，主要针对后两种方案进行说明。 由于中隔墙与二衬分开，混凝土没有外观要求，对模板的要求不高，主要应该考虑施工方便，节约成本，在这里向大家介绍一种简易的自制台车。 台车面板采用 10020cm 的小钢模拼装，保证曲线弧度，同时接缝也比较小，不会漏浆。背带采用工地现有的材料工字钢（或槽钢）加工，间距 50cm，纵向通过工字钢（钢

11、管）连接成整体，面板采用铁丝绑扎在工字钢背带上，形成一块整体的模板。模板行走机构放弃轮式结构，采用滑动，竖向背带下端通过一条槽钢连接成整体，槽钢大面朝下，铺在中墙基础（垫层）上，在前方采用倒链迁引，即可实现模板平移，为减少摩擦，可在混凝土面上铺上一层细砂。 此种方案通过几个工地的检验，加工材料根据现场情况加工，节约了材料，中隔墙施工完以后，材料又可利用在主洞初期支护中，节约成本。同时由于工地材料较多，可以根据进度要求，增加模板，大大加快了进度。 5 结束语 连拱隧道在我国已经应用超过十年时间，通过不断的积累经验，方案日趋合理，但是由于在这方面的研究仍然比较少，没有一个统一的标准，施工设计往往各

12、行一套。笔者通过对三种中隔墙的比较，并结合自己施工的经验，认为按第三种方案设计施工更加合理，应该推广。同时对平时的积累的施工方面的经验进行了介绍，希望对大家有所帮助。 参考文献： 1JTJ042-94.公路隧道施工技术规范. 2唐亮.双连拱隧道施工方法J.重庆交通学院报，2004，23. 3关保树，隧道工程施工要点集 . 4贾永刚，王明年.连拱隧道两种工法的施工力学分析J.隧道建设，2004，24. 5彭定超.袁勇，章勇武.开挖施工方式对连拱隧道中墙影响的空间分析.现代隧道技术.2002. 39. 6刘洪洲.黄伦海.连拱隧道设计施工技术研究现状J.西部探矿工程，2001. 7林刚.何川，连拱公路隧道施工方法模型试验研究JJ.现代隧道技术，2003.40.