張大牛

(中鐵十二局第二工程有限公司，山西太原　030032)

談隧道轉(zhuǎn)彎段施工方法

張大牛

(中鐵十二局第二工程有限公司，山西太原030032)

摘要:介紹了隧道的轉(zhuǎn)彎形式，從主洞形式、支洞、斜井形式、開(kāi)口導(dǎo)洞形式等方面，闡述了隧道轉(zhuǎn)彎處常用的施工方法，并提出了隧道轉(zhuǎn)彎處施工安全注意事項(xiàng)及質(zhì)量保證措施，為隧道轉(zhuǎn)彎處施工提供了思路。

關(guān)鍵詞:隧道轉(zhuǎn)彎處，主洞，支洞，斜井，開(kāi)口導(dǎo)洞

1　概述

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的投資建設(shè)，鐵路、公路、水利等工程建設(shè)中，隧道施工項(xiàng)目逐漸增多，隧道長(zhǎng)度不斷增加，工期逐漸縮短，導(dǎo)致各建設(shè)單位，為加快工程進(jìn)度，不得不增加支洞、斜井等施工隧道的數(shù)量，為主洞施工創(chuàng)造更多作業(yè)面。由于部分隧道埋深大，前期的地質(zhì)勘查不充分，施工段劃分施工任務(wù)時(shí)，對(duì)支洞、斜井與主洞轉(zhuǎn)彎銜接處地質(zhì)條件掌握不充分，待支洞、斜井等施工隧道施工至主洞位置，發(fā)現(xiàn)支洞、斜井與主洞轉(zhuǎn)彎銜接處地質(zhì)條件差，圍巖自穩(wěn)能力差，部分隧道該處圍巖基本達(dá)到Ⅴ級(jí)。為保證后期機(jī)械設(shè)備的順利通行，會(huì)車等轉(zhuǎn)彎銜接處斷面必須施工的較大，從而增加了隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)。常用，不在公路、鐵路及水利等工程施工應(yīng)用，在以后的銜接處施工中不進(jìn)行描述。

2　隧道轉(zhuǎn)彎形式

支洞、斜井與主洞銜接處轉(zhuǎn)彎形式主要有平面正交轉(zhuǎn)彎、平面斜交轉(zhuǎn)彎，上下貫通轉(zhuǎn)彎等三種形式，分別如圖1所示。

支洞、斜井與主洞銜接處上下貫通轉(zhuǎn)彎多在礦山巷道施工中

圖1　隧道轉(zhuǎn)彎形式

平面正交轉(zhuǎn)彎和平面斜交轉(zhuǎn)彎在鐵路、公路、水利等工程施工中應(yīng)用較多，其有利于隧道掘進(jìn)出渣、運(yùn)料車輛的順利通行。支洞、斜井與主洞的平面貫通，導(dǎo)致了主洞在轉(zhuǎn)彎銜接處結(jié)構(gòu)三面凌空，不利于隧道結(jié)構(gòu)安全。特別是在不良地質(zhì)條件下，轉(zhuǎn)彎處施工方法不當(dāng)，極易造成塌方事故，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失、影響工期，更會(huì)導(dǎo)致傷亡事故，對(duì)企業(yè)、社會(huì)等產(chǎn)生不良影響，是任何人都不能接受的。

3　隧道轉(zhuǎn)彎處常用的施工方法

3.1轉(zhuǎn)彎銜接處主洞形式施工

轉(zhuǎn)彎銜接處主洞形式施工，即在支洞、斜井開(kāi)挖支護(hù)至主洞臨近支洞、斜井一側(cè)后，停止支洞、斜井支洞開(kāi)挖支護(hù)，按照主洞橫向開(kāi)挖方式進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖至隧道全寬后，按照主洞初期支護(hù)形式，安裝型鋼拱架，拱架臨近支洞、斜井一側(cè)拱腿架在支洞，或斜井型鋼拱架拱背上，或在支洞、斜井端頭處、主洞邊墻位置設(shè)置橫梁，將主洞一側(cè)拱腳搭在橫梁上。一般情況由于圍巖較好，均不進(jìn)行支護(hù)。施工方法如圖2～圖5所示。

圖2　銜接處主洞形式施工

圖3　支洞、斜井與主洞同高

圖4　支洞、斜井高度低于主洞高度

圖5　支洞、斜井高度高于主洞高度

該方法適用條件:首先對(duì)轉(zhuǎn)彎銜接處地質(zhì)條件要求高，對(duì)主洞隧道跨度小于5 m時(shí)，圍巖等級(jí)不應(yīng)大于Ⅲ級(jí)，對(duì)主洞隧道跨度大于5 m時(shí)，圍巖等級(jí)不大于Ⅱ級(jí)。圍巖開(kāi)挖后，圍巖的自穩(wěn)性好，能夠保證在銜接段主洞全寬開(kāi)挖完成后再進(jìn)行支護(hù)。其次，支護(hù)后，圍巖來(lái)壓后，壓力小，不影響結(jié)構(gòu)安全。在將拱腿置于支洞、斜井拱背上或置于設(shè)置的橫梁上時(shí)，必須對(duì)支洞、斜井拱架或增設(shè)的橫梁進(jìn)行受力驗(yàn)算，一般可按照簡(jiǎn)支梁受力計(jì)算。最后，支洞、斜井轉(zhuǎn)彎銜接處可及時(shí)施工二次襯砌，增加對(duì)主洞拱腳的支撐力。支洞、斜井高度與主洞高度關(guān)系不大，在施工中可任意變化。

優(yōu)點(diǎn):轉(zhuǎn)彎銜接處超挖量小，開(kāi)挖施工進(jìn)度快。

缺點(diǎn):裸挖段較長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高。在進(jìn)行銜接處轉(zhuǎn)彎段主洞拱架安裝時(shí)，難度較大，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量取拱架長(zhǎng)度，現(xiàn)場(chǎng)切割，進(jìn)度較慢。

3.2轉(zhuǎn)彎銜接處支洞、斜井形式施工

轉(zhuǎn)彎銜接處支洞、斜井形式施工，在施工至主洞位置前，對(duì)支洞、斜井等進(jìn)行挑頂加高，確保支洞、斜井等邊墻高度高于主洞高度，按照加高后斷面進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)施工，穿過(guò)主洞全寬后，封閉支洞、斜井掌子面。然后在加高后的支洞、斜井兩側(cè)邊墻上測(cè)量放樣，畫出主洞開(kāi)挖輪廓線，沿開(kāi)挖輪廓線設(shè)置超前導(dǎo)管，將加高厚度支洞、斜井拱架之間焊接在超前導(dǎo)管上，確保導(dǎo)管能直接懸掛住支洞、斜井拱架。再緊貼加寬后支洞、斜井邊墻，布置主洞拱架，此處主洞拱架應(yīng)進(jìn)行抗彎計(jì)算，亦可按照簡(jiǎn)支梁技術(shù)方法進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)算合格后，選用符合要求的材料制作的拱架進(jìn)行安裝，將該拱架與支洞、斜井邊墻拱架之間焊接牢固后，再進(jìn)行噴錨支護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，拆除支洞、斜井邊墻拱架，進(jìn)行主洞開(kāi)挖，按照該方法進(jìn)行施工，主洞兩端不得同時(shí)施工，應(yīng)錯(cuò)開(kāi)10 d時(shí)間，給圍巖預(yù)留一段沉降穩(wěn)定時(shí)間。施工方法如圖6，圖7所示。

圖6　銜接處支洞、斜井形式施工

圖7　銜接處支洞、斜井形式施工步序（D—D剖面圖）

該方法適用條件:適用于地質(zhì)條件較差，圍沿有自承能力，但自承能力較差的圍巖，開(kāi)挖后，圍巖有一定的自穩(wěn)期，但自穩(wěn)時(shí)間較短的，該段時(shí)間足夠進(jìn)行初期支護(hù)的圍巖。對(duì)主洞隧道跨度小于5 m時(shí)，圍巖等級(jí)應(yīng)為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)較好圍巖，對(duì)主洞隧道跨度大于5 m時(shí)，圍巖等級(jí)應(yīng)為Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖。另外，轉(zhuǎn)彎處支洞、斜井高度必須高于主洞高度。

優(yōu)點(diǎn):作業(yè)人員一直處于初期支護(hù)下進(jìn)行作業(yè)，安全條件較好。

缺點(diǎn):前期開(kāi)挖超挖量大，在進(jìn)行襯砌施工時(shí)，回填量同樣大。施工過(guò)程中，需對(duì)支洞、斜井邊墻進(jìn)行拆除。浪費(fèi)較大。在圍巖極差時(shí)，支洞、斜井加高后施工，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，不安全。

3.3轉(zhuǎn)彎銜接處開(kāi)口導(dǎo)洞形式施工

轉(zhuǎn)彎銜接處開(kāi)口導(dǎo)洞形式施工，一般采用開(kāi)口導(dǎo)洞形式施工，隧道轉(zhuǎn)彎銜接處地質(zhì)圍巖極差，多為砂卵石地層、松軟的回填土、破損帶等位置，不宜進(jìn)行大斷面開(kāi)挖的圍巖。其做法為:在支洞、斜井等開(kāi)挖至主洞邊墻前一定位置后，停止支洞、斜井施工，進(jìn)行開(kāi)口導(dǎo)洞施工。開(kāi)口導(dǎo)洞中心線與主洞中線垂直，高度應(yīng)保證開(kāi)口導(dǎo)洞起拱線與主洞開(kāi)挖拱頂持平，長(zhǎng)度為主洞寬度加主洞初期支護(hù)厚度。開(kāi)口導(dǎo)洞斷面不宜過(guò)大，能滿足出渣、開(kāi)挖作業(yè)即可，一般建議斷面寬度為2.0 m～3.0 m。若斷面過(guò)大，后期回填量大，不經(jīng)濟(jì)。圍巖極差時(shí)，也不利于隧道安全作業(yè)。開(kāi)口導(dǎo)洞根據(jù)地質(zhì)條件，選擇是否進(jìn)行成環(huán)形支撐。

開(kāi)口導(dǎo)洞施工完成后，施作開(kāi)口暗梁，開(kāi)口暗梁一般采用工字鋼加固而成，暗梁兩側(cè)設(shè)置墩柱，確保暗梁基礎(chǔ)牢固。暗梁施工前應(yīng)對(duì)暗梁進(jìn)行受力驗(yàn)算，可按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算方式驗(yàn)算。并預(yù)留1.5倍以上的安全系數(shù)。

測(cè)量放樣，在開(kāi)口導(dǎo)洞兩側(cè)邊墻上畫出主洞開(kāi)挖輪廓線，沿開(kāi)挖輪廓線外5 cm～10 cm施作超前導(dǎo)管，由于受開(kāi)口導(dǎo)洞寬度限制，超前導(dǎo)管長(zhǎng)度應(yīng)與開(kāi)口導(dǎo)洞寬度相同。超前導(dǎo)管安裝完畢后，導(dǎo)管注漿，對(duì)主洞開(kāi)挖范圍拱部進(jìn)行超前注漿支護(hù)。

注漿支護(hù)施工完成后，對(duì)開(kāi)口導(dǎo)洞范圍內(nèi)架設(shè)主洞鋼拱架，拱架懸空一端搭在開(kāi)口暗梁上，另一端按照正常做法施工，完成拱架安裝后，對(duì)開(kāi)口導(dǎo)洞段主洞拱架進(jìn)行噴混凝土支護(hù)，并對(duì)主洞拱架以上、開(kāi)口導(dǎo)洞空腔進(jìn)行回填，確保填充密實(shí)。確保主洞拱架能夠承受開(kāi)口導(dǎo)洞起拱線以上結(jié)構(gòu)及外部圍巖產(chǎn)生的壓力，為拆除開(kāi)口導(dǎo)洞兩側(cè)邊墻做好準(zhǔn)備。

拆除開(kāi)口導(dǎo)洞邊墻，開(kāi)口導(dǎo)洞邊墻不得兩側(cè)同時(shí)開(kāi)挖，必須等一側(cè)施工完成一段時(shí)間后，再拆除另一側(cè)邊墻，以減緩沉降速度，防止地層突然來(lái)壓，對(duì)主洞拱架造成沖擊荷載。一般做法為主洞一端開(kāi)挖掘進(jìn)超過(guò)30 m以后，再拆除另一側(cè)邊墻，施作另一端主洞。主洞拱架在支洞、斜井開(kāi)口范圍內(nèi)，拱架一側(cè)搭設(shè)在開(kāi)口暗梁上，一側(cè)正常施工，施工超出支洞、斜井開(kāi)口范圍后，按照主洞斷面形式進(jìn)行拱架安裝、噴混凝土支護(hù)。為保證結(jié)構(gòu)安全，主洞在支洞、斜井上下游各15 m范圍內(nèi)拱架加密，以提高支撐能力，確保結(jié)構(gòu)安全。超出該范圍后，按照主洞支護(hù)參數(shù)進(jìn)行施工。施工方法如圖8～圖10所示。

圖8　開(kāi)口導(dǎo)洞平面圖

圖9　開(kāi)口導(dǎo)洞（B—B）斷面圖

適用條件:適用于圍巖差、極差時(shí)，主要針對(duì)Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)圍巖進(jìn)行轉(zhuǎn)彎處施工，隧道開(kāi)挖前圍巖必須進(jìn)行超前支護(hù)，開(kāi)挖后，必須立即進(jìn)行初期支護(hù)的圍巖，特別適用于大斷面隧道轉(zhuǎn)彎處施工。該方法也主要用于城市地鐵隧道施工中。另外開(kāi)口導(dǎo)洞高度必須高于主洞高度。

優(yōu)點(diǎn):超挖量小，后期的回填數(shù)量小，經(jīng)濟(jì)性好;開(kāi)挖、支護(hù)等作業(yè)全部在隧道初期支護(hù)、超前支護(hù)下，即使隧道圍巖極差，也能確保作業(yè)人員安全，安全性好;施工過(guò)程中，通過(guò)開(kāi)口導(dǎo)洞的施工，減少了每次開(kāi)挖量，有利于圍巖自穩(wěn)，施工風(fēng)險(xiǎn)小。

圖10　開(kāi)口導(dǎo)洞施工步序（A—A剖面圖）

缺點(diǎn):開(kāi)口導(dǎo)洞施工，造成了一定的材料浪費(fèi);由于采用小斷面施工，大型的機(jī)械設(shè)備利用的較少，花費(fèi)的人工較多;每次開(kāi)挖量小，進(jìn)度慢。

4　隧道轉(zhuǎn)彎處施工安全注意事項(xiàng)

隧道在轉(zhuǎn)彎處選擇哪種銜接形式，主要由圍巖性質(zhì)決定，在施工中，可參照三種銜接方式的適用條件，選擇既經(jīng)濟(jì)、快捷又安全的施工方法。因此，對(duì)銜接處圍巖類型判別是關(guān)系到隧洞施工安全至關(guān)重要的內(nèi)容，必須堅(jiān)持兩部分級(jí)的方式，對(duì)圍巖類別進(jìn)行分類，第一步根據(jù)圍巖堅(jiān)硬程度和巖體完整性，對(duì)隧道圍巖初步分級(jí)。第二步，在對(duì)巖石詳細(xì)定級(jí)時(shí)，應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級(jí)的基礎(chǔ)上考慮修正因素(巖石中是否含有水;圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面的影響，且由一組起控制作用;巖石中存在高初始應(yīng)力)的影響，修正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)，按修正后的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ，結(jié)合巖體的定性特征綜合評(píng)判、確定圍巖的詳細(xì)分級(jí)。

5　隧道轉(zhuǎn)彎處質(zhì)量保證措施

隧道在轉(zhuǎn)彎處施工時(shí)，由于洞體增加了凌空面，造成巖體應(yīng)力分布不均，局部超壓，洞體的沉降量大等，極易造成隧道塌方事故，為此，在隧道轉(zhuǎn)彎銜接處施工時(shí)，初期支護(hù)質(zhì)量控制尤為重要。初期支護(hù)質(zhì)量控制首先是對(duì)型鋼拱架的施工質(zhì)量控制，通過(guò)預(yù)測(cè)隧道初期支護(hù)可能承受的荷載，選用適當(dāng)?shù)男弯摷庸す凹埽_定合理、安全的施工步距，確保型鋼拱架對(duì)巖體壓力局部足夠的承載力。其次是噴射混凝土質(zhì)量控制，噴射混凝土的質(zhì)量包括混凝土強(qiáng)度、噴射層厚度等。還有系統(tǒng)錨桿，通過(guò)錨桿布設(shè)，增加圍巖的自承能力，減少初期支護(hù)承受的地層壓力，確保施工質(zhì)量符合要求，隧道結(jié)構(gòu)安全。

6　總結(jié)

隧道轉(zhuǎn)彎處施工，是隧道施工中的難點(diǎn)和安全控制的重點(diǎn)。三種隧道施工方案主要是針對(duì)礦山法、新奧法、掘進(jìn)機(jī)法以及淺埋暗挖法等隧道施工工法在轉(zhuǎn)彎處銜接的施工方案，在轉(zhuǎn)彎處圍巖級(jí)別的判定時(shí)，如果再采納新意法的思路，對(duì)轉(zhuǎn)彎銜接處圍巖穩(wěn)定程度進(jìn)行判定，采用超前導(dǎo)管等措施對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固，再結(jié)合相應(yīng)的施工方案，必將能改善作業(yè)環(huán)境、降低施工難度、控制安全風(fēng)險(xiǎn)、加快施工進(jìn)度，獲得良好的收益。

通過(guò)上述三種方案的敘述，為隧道轉(zhuǎn)彎處施工提高了基本的施工思路，各方案均有優(yōu)缺點(diǎn)，在施工中，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，合理選擇相適宜的施工方案，確保施工安全有序進(jìn)行。

7　結(jié)語(yǔ)

隧道在轉(zhuǎn)彎處施工過(guò)程中，由于隧道斷面形式的變化、凌空面的增加，發(fā)生的事故較多，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)判定圍巖類別，正確選擇隧道在轉(zhuǎn)彎銜接處施工方案，在保證隧道結(jié)構(gòu)安全、人員安全的前提下，縮短施工作業(yè)時(shí)間，減少拆除和回填量，以取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

Discussion on construction methods of tunnel turning section

Zhang Daniu
( China Railway 12th Bureau 2nd Engineering Co.，Ltd，Taiyuan 030032，China)

Abstract:With an introduction of tunnel turning forms，starting from aspects of major cave form，branch cave，inclined shaft form and elaborated opening forms，the article describes common construction methods at tunnel turning section，and puts forward tunnel turning section construction safety matters and quality guarantee measures，which has provided some ideas for tunnel turning section construction.

Key words:tunnel turning corner，major cave，branch cave，inclined shaft，elaborated opening

作者簡(jiǎn)介:張大牛(1979-)，男，工程師

收稿日期:2015-11-29

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0186-04

中圖分類號(hào):U455

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A