六车道大跨浅埋双联拱隧道施工工法.doc

1、1目 录一、前言 .2二、工法特点 .3三、适用范围 .4四、工法原理及关键技术 .4（一）工法原理 .4（二）关键技术 .4五、工艺流程及操作要点 .4（一）工艺流程 .5（二）操作要点 .61、洞口工程施工准备 .62、长管棚施工 .73、返压回填土及地表导管注浆 .74、中导洞开挖 .85、侧导洞开挖 .86、中隔墙施工 .87、正洞施工 .98、支护体系施工 .99、防排水体系 .1010、二次衬砌施工 .1111、监控量测 .11六、机具设备 .13七、劳动力组织 .13八、质量控制 .14九、安全措施 .14十、效益分析 .15十一、工程实例 .152六 车 道 大 跨 浅 埋 双

2、 连 拱 隧 道 施 工 工 法林永强 崔根群 辛国平 陈锐（中铁隧道集团有限公司第一工程处）一、前言双连拱隧道是在高速公路通过山势不高、长度较短、上下行线在此分离不开的地段设置双跨连拱隧道，具有易于选线、节约用地、有利环保等优点，但造价一般较高。随着我国的高等级公路的迅猛发展，在建或拟建的众多高速公路均已按六车道进行规划设计或预留，特别是在山区面积所占比例大、地形条件复杂的山岭重丘地区（如我国的中西部）将出现越来越多的六车道大跨双联拱隧道。如：上海至武威国家重点公路河南境南阳内乡至西坪段（宛坪高速）连续出现了 16 座六车道双连拱隧道，国内十分罕见。其隧道单跨断面为多心圆结构，边墙为曲墙，中

3、墙为直墙，单跨净宽 14.1m，净高8.2m，左右洞之间通过 2.4m 厚的钢筋砼中隔墙相连，初期支护采用工字钢拱架、中空注浆锚杆、挂钢筋网、喷射混凝土等形式，二衬采用独特的“夹心式”模筑双层钢筋砼结构（参见图 1） 。线路中心线 设 计 高 程 TD350土 工 膜1.毫 米 厚 LPE防 水 板C2钢 筋 混 凝 土 衬 砌 厘 米16cm厚 预 留 变 形 量 8钢 筋 网 （ 2） a钢 拱 架 间 距 7喷 射 混 凝 土 厘 米型 弹 簧 排 水 管 25a钢 拱 架 间 距 7cmC喷 射 混 凝 土 30厘 米钢 筋 混 凝 土 仰 拱 厘 米1片 石 混 凝 土 回 填147

4、3“290654V 458衬 砌 中 心 线行 车 道 中 心 线28%R80R1图 1 六车道大跨连拱隧道断面结构图3十六座隧道均具有以下几个特点：1、浅埋、地质条件复杂：因隧道通过的地段一般山势较低，最大埋深在 40 至 80米之间，围岩风化严重、软弱破碎，节理发育，地表水直接影响隧道内涌水量。2、跨度大：该隧道左右洞均为三车道（双向六车道） ，开挖总跨度达 32.6m，使得中隔墙将承担比一般双向四车道连拱隧道更大的压力，中隔墙更容易下沉。3、偏压：由于跨度大，左右洞的埋深不同，整条隧道存在不同程度的偏压，特别是洞口段偏压比较严重，造成进洞困难。4、施工工序复杂：大跨双连拱隧道的施工必须分

5、多工序多步骤进行，各个工序间相互影响大，施工组织要求科学合理。5、防水困难：中隔墙顶部漏水是连拱隧道的一个通病，再加之隧道跨度大，中隔墙部位的水量更加集中、水压更大，对防水层的要求高，必须精细施工。中铁隧道集团在其中三座隧道的施工中，根据六车道双连拱隧道埋深浅、跨度大的特点，通过科学的施工组织，采用三导洞法及分部开挖法，结合超前管棚、地表反压回填、地表预注浆等辅助措施，以监控量测为指导，不断优化施工方案进行动态管理，安全快速地通过强风化细砂岩层夹薄层泥岩，成功解决了中隔墙下沉开裂、中隔墙渗漏水的质量通病，遥遥领先其它隧道率先完成施工任务。为此，通过对三座隧道各种施工工艺，以及进洞方案、开挖方法

6、、衬砌施工、特殊问题的处理等方面进行总结，形成了本工法。二、工法特点1、采用稳妥合理的进洞方案：合理安排中导洞提前正洞 67m 进洞，同时进行左右正洞的超前大管棚、地表反压回填、地表预注浆等辅助措施，同时施工互不干扰，有利于进洞安全并缩短工期 1 个月。2、中导洞先行，左右侧导洞间隔一定距离跟进，三导洞同行不同步的施工组织安排，实现安全快速施工。3、级以上围岩地段采用中导洞法，取消侧导洞，正洞采用分部开挖法，减少临时支护投入，施工经济高效。4、按“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”方针组织施工，特别注重钢支撑及锁脚锚杆作用，确保隧道安全。5、无钉热熔铺设防水板技术结合“夹心式”中

7、隔墙衬砌结构的成功运用，科学解4决了中隔墙防水层施作问题，做到隧道不渗、不漏。三、适用范围1、开挖横跨度32.0m，高度11.1m，围岩级别为级的公路双向六车道双连拱隧道。2、四车道公路连拱隧道。3、其它类似的地下工程可参照进行应用和推广。四、工法原理及关键技术（一）工法原理1、根据隧道“早进晚出”原则，避免大挖大刷，隧道尽可能提前进洞，洞顶覆盖层达 2m 时便可进洞。进洞前，采取 89（或 108）超前大管硼、地表返压回填、地表预注浆等一些必要措施提前加固洞口。2、根据六车道大跨连拱隧道的结构特点，尽快优先贯通中导洞，尽早施作中隔墙，为左右正洞的开挖创造条件。为此，中导洞尽可能提前进洞，采用

8、台阶法或全断面法开挖，汽车配合装载机出碴，快速掘进。3、中导洞贯通后，先行浇筑中隔墙基础，墙身采用两片整体式钢模板台车一次性模注完成。4、左右正洞的洞口浅埋段及级围岩段采用侧壁导洞法施工，级围岩以上取消侧导洞，采用环形开挖分部法施工。5、仰拱紧跟掌子面下部，起到早封闭作用，并尽早施作二衬。确保洞口安全，明洞衬砌先行施工，左右明洞采用两台液压模板台车并排、对称整体浇注。6、开挖支护等工序严格按新奥法原理组织施工。7、合理组织各工作面人员与机械，资源优化组合。（二）关键技术1、中隔墙的防开裂、抗偏压及防下沉技术。2、各导洞之间及左右正洞之间错开距离的合理确定。3、预留变形量的合理确定。4、防排水层

9、的施工工艺技术。五、工艺流程及操作要点5（一）工艺流程1、级围岩段采用三导洞法（见图 2） 中导洞台阶法（或全断面）开挖、临时支护 侧导洞台阶法开挖、临时支护 模注中隔墙基础及墙身，并回填下部及安装横向支撑 中墙顶部空洞注水泥砂浆 超前支护 正洞上部开挖及初期支护 正洞中部开挖 正洞下部仰拱开挖及初期支护、仰拱填充 全断面模注二次衬砌钢筋砼 60532479单 位 ： cm图 2 三导洞法施工示意图2、级围岩采用中导洞法（见图 3） 5189单 位 ： cm图 3 中导洞法施工示意图 中导洞台阶法（或全断面）开挖、临时支护 模注中隔墙基础及墙身，并回填下部及安装横向支撑（假设左侧正洞浅埋先行开

10、挖，横支撑安在右侧，反之安在左侧）6 中墙顶部空洞注水泥砂浆 超前支护 上部弧形导坑开挖、初期支护 中部核心土开挖 侧部开挖、初期支护 下部仰拱一次性开挖支护、仰拱填充 全断面模注二次衬砌钢筋砼3、施工工艺流程（见图 4）（二）操作要点1、洞口工程施工准备测量出左右线的洞口纵断面，按“早进晚出”原则，比选最佳进洞口位置。开挖出洞口管棚施工平台，并对边仰坡进行喷锚支护，做好洞顶排水系统。中导洞开挖支护模注中隔墙基础、墙身砼中隔墙基础回填土、安装横支撑中隔墙顶部空洞注浆处理左右侧导洞开挖支护浅埋侧正洞上部开挖支护 另一侧正洞上部开挖支护正洞中部开挖正洞下部仰拱开挖支护、拆除临时支撑仰拱及填充全断面

11、模注二次衬砌钢筋砼地表返压回填及注浆施工准备洞口长管棚施工 管棚准备遇有偏压现象时进洞 6m开挖 8m图 4 大跨连拱隧道施工工艺流程图72、长管棚施工（1）设计参数：采用长为 2040m 的 89（或 108）超前大管棚支护，钢管为热轧无缝钢管，节长 8 米，环向间距 40cm，外插角 3；（2）设置位置：明洞衬砌轮廓线以外 30cm，中导洞顶及左右正洞上部 60范围。（3）导向墙（套拱）：厚 6080cm，长 1.52m，采用 I20 钢拱架，C25 混凝土(模注砼或喷射砼)，左右侧导向墙在中导洞顶部应相连，成“m”形状。导向墙两端延伸至墙脚，设在稳定的基础之上，导向墙中部与提前进洞的中导

12、洞初期支护相连，将中间悬空部分托起,形成稳定结构。（4）施工技术要点a.洞外预留套拱内模的岩（土）体，需经人工整修、夯实，使其表面圆顺，然后铺设 3mm 厚的钢板，作为导向墙混凝土施工的内模；导向管的位置及方向精确定位。b.每节钢管用丝扣连接，同一断面内接头数量不超过 50%，相邻钢管的接头错开长度不小于 1m，施工时，把孔编为奇数和偶数，奇数孔钢管组合方式为 8+8+4m，偶数孔钢管组合方式为 4+8+8m。c.采用 MK-5 型液压钻机，钻机操作平台必须牢固、安全，架立钻机时应精确核定孔位，保证钻机钻杆线与管棚设计轴线吻合以及钻机在钻进过程中不发生偏移和倾斜。钻完一孔立即顶进钢管，管口处设

13、置排气管，钢管与孔口处的间隙用麻团堵塞紧密，保证注浆时浆液不溢出。d.采用液压注浆机注浆，水灰比为 0.5:12:1，注浆压力为 0.8MPa1.2Mpa，注浆过程中专人负责检查注浆效果，并作好记录。3、返压回填土及地表导管注浆隧道洞口段埋深浅，存在偏压，岩体多为坡积物和人工弃土覆盖，自承能力差，且存在坍塌、冒顶等不安全隐患；采用反压回填土增加浅埋侧覆盖层厚度以减少偏压，同时进行地表注浆固结围岩和上覆层，使原为主动荷载的上覆层变成能承载的承载拱，同时达到固结围岩、堵水的目的，以保证安全进洞。参见图 5。（1）反压回填施工回填前先挖去软弱土，清除表土、灌木及危石；采用土石回填，用推土机和 5T

14、自卸汽车推运土石混合料，用 18T 振动压路机分层压实（每层压实厚 25cm，压实度 95%） 。8（2）小导管地表注浆注浆钻孔直径：50（壁厚 5mm） ；注浆孔间距：150150cm，梅花型布置；浆液：地表至拱顶压注 1:1 水泥砂浆；注浆终压 1.0Mpa；压注范围：隧道开挖轮廓线以外 2米的所有反压回填段。 回 填 标 高 线 线路中心线挡墙 注 浆 导 管2%开 挖 轮 廓 线1.5m2m图 5 地表反压回填及注浆示意图4、中导洞开挖级围岩段采用台阶法开挖，台阶长度 56m，上下台阶均利用简易台架进行开挖支护作业，级围岩采用全断面开挖。当围岩为土质时，直接采用挖掘机开挖，人工修整周边

15、轮廓，必要时采用弱爆破。出碴采用汽车配合装载机。临时支护紧跟掌子面。5、侧导洞开挖侧导洞采用上下台阶法施工，施工方法同中导洞。因断面较小，侧导洞的出碴用装运机械倒运至洞外。偏压浅埋或围岩较差的侧导洞先行，并要滞后中导洞至少 10m，另一侧导洞滞后先行侧导洞至少 10m。当围岩情况比较好时，可以先只开挖上部，下部等正洞仰拱一起开挖。中导洞与侧导洞开挖中的地质情况应记录详尽，为正洞开挖作地质预报。6、中隔墙施工（参见图 6）（1）施工安排钢 拱 架 落 脚 处 支 撑回 填 土 石 回 填 土 石模 板 台 车图 中 隔 墙 施 工 示 意 图支 撑9中隔墙是连拱隧道的关键部位，也是施工的重点。在

16、进洞条件允许的情况下，为缩短工期，中导洞开挖到一定里程后即可转入中隔墙施工，中导洞从另一端继续开挖，当开挖贯通时中隔墙也施工到贯通点，中导洞开挖人员即可转入正洞施工。由中导洞向正洞转换工序时中导洞开挖长度可按下式计算：K=L/（D/J+D/S+1）式中：K-先施工端中导洞开挖长度 m，L-中导洞全长 m，D-中导洞开挖日进尺m/d，J-中隔墙基础砼施工日进尺 m/d，S-中隔墙墙身砼施工日进尺 m/d。（2）中隔墙基础a.采用大块拼装钢模板，泵送砼每循环浇注 9m。b.为增加中隔墙的地基承载力及抗倾覆能力，基底浮碴必须清干净，并设地基锚杆（RD25N 中空注浆锚杆）长 3m，端头嵌入墙基 50

17、cm，间距 10075cm。c.基础两侧及时回填土石。（3）中隔墙墙身a.浇筑墙身前，在中导洞拱顶设径向 RD25N 中空注浆锚杆，长 3m，间距10075cm，外露 50cm 与墙顶相接，增强中隔墙的抗侧翻能力。b.采用整体式中隔墙衬砌台车，泵送砼每循环浇注 9m。模板安装时，顶部预留出正洞初期支护的落脚平台，并预埋连接钢板。c.每隔 45m 顶部预留一根 50mm 注浆管，脱模后及时注 1：1 水泥砂浆，防脱空。d.假设左正洞准备先开挖，那么在中隔墙的右侧必须提前安装横向支撑，防止横向水平推力对墙体的破坏。一般浅埋偏压或围岩较差侧正洞先行施工，来确定支撑方向。7、正洞施工待中隔墙砼达到 7

18、0%强度后，可进行正洞上部开挖施工。正洞分上中下三部开挖，上部采用环形开挖，超前 5-6m，中部预留核心土，光面弱爆破，汽车配合装载机出碴。严格控制每循环进尺，浅埋段 0.75m，级围岩深埋段 1.5m，级围岩段 2m，支护紧跟掌子面。左右洞宜同时开挖，但不能齐头并进，错开 810 米较合适，一方面相互影响小，另一方面对中隔墙产生的水平推力小。8、支护体系施工10（1）超前小导管支护导管采用 5m 长 505 热轧无缝钢管，环向间距 40cm，搭接长度不小于 100cm，外插角 6；采用 YT28 风钻沿隧道纵向以 6外插角钻孔，成孔孔径大于管径2030mm。小导管尾部焊在钢拱架上，与钢拱架等

19、其它初期支护型式形成有效的联合支护体系；顶进小导管时注意保护管口，使其不变形，并对开挖面及相临界面喷砼封闭，管口设止浆塞。采用 1:1 水泥浆灌注，注浆终压为 0.5MPa1.0MPa，能保持压力 2min即表明达到注浆效果。（2）初期支护采用工字钢拱架+“喷锚网喷”支护，级围岩段采用 I25a 工字钢，间距为0.75m，级围岩采用 I20b 工字钢，间距为 1m，锚杆采用 RD25N 中空注浆锚杆，喷砼采用湿喷工艺。 （初期支护施工工艺见流程图 7）施工要点：a.确保钢拱架的加工质量。采用液压弯拱机加工，平面翘曲度控制在允许范围内，加工好的拱架先在平整的场地上预拼，检查合格批量加工、编号存放。b.钢拱架安装时，拱脚置于牢固的基础，连接钢板的螺栓必须拧紧，接钢板企缝焊接，确保整体拱架发挥承力作用。c.钢拱架之间用纵向钢筋连接。d.在拱脚处增设两根砂浆锚杆并与钢拱架焊接。9、防排水体系防排水结构采用夹心式，排水通路封闭成环，形成有效的排水系统。 （参见图 8）爆破找顶初喷打锚杆立钢架挂网喷砼测量打眼注浆打小导管养生图 7 初期支护施工流程图