文/游永華

1 前言

雙連拱隧道自1974年在日本伊祖隧道首次應(yīng)用以來(lái)，一直都是各國(guó)隧道研究的重點(diǎn)課題之一。國(guó)內(nèi)有關(guān)雙連拱隧道的研究始于20 世紀(jì)90年代，周玉宏、趙燕明等對(duì)云南元磨高速公路橋頭偏壓雙連拱隧道三種不同的施工順序進(jìn)行了二維分析，得出了先開挖外側(cè)主洞、后開挖內(nèi)側(cè)主洞的合理施工順序；陳少華、李勇對(duì)同三線黃云嶺雙連拱隧道各個(gè)施工階段圍巖的穩(wěn)定性、初期支護(hù)和二次襯砌的受力狀態(tài)等進(jìn)行了二維分析，得出為使結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布合理，初期支護(hù)和仰拱應(yīng)盡早施作的結(jié)論?？傮w上，我國(guó)連拱隧道研究起步較晚，結(jié)構(gòu)形式單一，在設(shè)計(jì)及施工方面都還存在一些問(wèn)題，有待進(jìn)一步深入研究和解決。

2 淺埋下穿公路段隧道開挖施工技術(shù)

板河口隧道位于昆明市東川區(qū)北側(cè)城郊，隧道全長(zhǎng)355m，最大埋深60m，為一座連拱隧道。全隧穿越小江東支斷裂帶，巖層多為中風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化白云巖和斷層角礫，巖層呈裂隙發(fā)育，異常破碎，圍巖自穩(wěn)性較差。隧道進(jìn)口下穿S207 省道，埋深6m；隧道出口位于山體靠陡坡一側(cè)，原地貌山體坡度約75°，洞口仰坡垂直高度50～60m，中隔墻及洞身結(jié)構(gòu)受山體偏壓影響大。

由于隧道進(jìn)口淺埋下穿公路段洞頂最小埋深6m，且覆蓋層多為人工回填土，上方公路車流量及荷載較大，隧道穿越小江地震斷裂帶，圍巖破碎，為保證隧道安全進(jìn)洞，創(chuàng)新采用“中導(dǎo)洞-雙側(cè)拱部分步法”進(jìn)行淺埋下穿公路段施工，最大限度減少施工安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工質(zhì)量[1]。

“中導(dǎo)洞-雙側(cè)拱部分步法”具體施工步驟如下：

2.1 開挖工序圖

圖1“中導(dǎo)洞-雙側(cè)拱部分步法”施工工序圖

圖2 A 接頭板示意圖

圖3 B 接頭板示意圖

2.2 詳細(xì)施工步驟

2.2.1 先開挖中導(dǎo)洞①，施作中導(dǎo)洞初期支護(hù)，中導(dǎo)洞貫通后澆筑中隔墻。

2.2.2 中隔墻施工完成后，人工配合小型機(jī)械前后交錯(cuò)開挖②部，原則上先開挖偏壓一側(cè)正洞，后行洞掌子面距先行洞二次襯砌端頭不應(yīng)小于20m，開挖高度3.8m，開挖面積22.3m2，每次進(jìn)尺1 榀（0.6m），開挖完成后對(duì)巖面及掌子面進(jìn)行初噴，厚度2～4cm；打設(shè)徑向系統(tǒng)錨桿，錨桿長(zhǎng)L=3.5m，環(huán)向間距1.2m；安裝鋼拱架及I18 臨時(shí)支撐，每榀鋼架拱腳處設(shè)置2 根Φ42 鎖腳錨管，L=4.5m，鎖腳錨管斜向下15～30°；打設(shè)拱部（大管棚段除外）Φ42 超前小導(dǎo)管，間距0.4m，L=4.5m，每3m一循環(huán)；掛鋼筋網(wǎng)片；復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；進(jìn)入下一循環(huán)，重復(fù)上述工作[2]。

2.2.3 待②部掘進(jìn)2～3m 時(shí)，開挖③部，每次進(jìn)尺1 榀（0.6m），開挖面積19.6m2，開挖完成后初噴混凝土；打設(shè)系統(tǒng)錨桿；安裝連接拱架，打設(shè)鎖腳錨管；掛鋼筋網(wǎng)片；復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

2.2.4 ②、③部始終錯(cuò)開2～3m 掘進(jìn)，待③部超前④部3～5m 時(shí)開始開挖④部，開挖高度3.7m，開挖面積35.8m2，每次進(jìn)尺1～2 榀，并在拆除I18 臨時(shí)支撐。開挖完成后初噴混凝土，破除中隔墻鋼架；打設(shè)系統(tǒng)錨桿；安裝連接型鋼拱架，打設(shè)鎖腳錨管；掛鋼筋網(wǎng)片；復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

2.2.5 ②、③、④部始終錯(cuò)開相應(yīng)距離向前掘進(jìn)，待④部超前⑤部6～8m 時(shí)，開始開挖⑤部，開挖高度2.5m，開挖面積23.6m2，每次開挖不超過(guò)3m，開挖完成后及時(shí)施工仰拱初支，掌子面距仰拱距離始終控制在20m 以內(nèi)。

3 偏壓高邊坡半明半暗洞身開挖施工技術(shù)

由于隧道出口端位于山體靠陡坡一側(cè)，山體垂直坡度約75°，洞口邊仰坡垂直高度約30～50m，隧道左洞拱部為明挖，中、下部及仰拱為暗挖，隧道右洞為暗挖。隧道開挖后嚴(yán)重破壞山體原本受力結(jié)構(gòu)體系，極易導(dǎo)致山體巖層失穩(wěn)，因此本文對(duì)偏壓高邊坡半明半暗洞身開挖施工技術(shù)進(jìn)行研究，完善隧道支護(hù)體系整體受力結(jié)構(gòu)，防止因山體側(cè)壓造成隧道變形移位[3]。

3.1 施工技術(shù)重難點(diǎn)分析

板河口隧道出口端明洞為單壓式明洞，長(zhǎng)19m，洞口位于山體靠陡坡一側(cè)，原地貌山體坡度約75°，洞口仰坡垂直高度50～60m，受地形條件影響出口明洞段采用半明半暗挖法施工，隧道暗挖部分極易造成山體形成較大臨空面，增加山體不穩(wěn)定性因素，甚至引發(fā)山體位移；加之出口端地表現(xiàn)狀為基巖裸露荒坡，植被少發(fā)育，巖層破碎，施工不當(dāng)極易出現(xiàn)塌方冒頂?shù)惹闆r。洞口下方為魚塘，施工道路條件較差，施工空間有限。根據(jù)工程實(shí)際，施工重難點(diǎn)有：洞口位于山體較為陡峭一側(cè)，受單壓影響較大，暗挖部分極易破壞山體穩(wěn)定性，造成山體吊腳，加劇山體的不穩(wěn)定因素；山坡陡峭，垂直高度較大；明挖部分受山體不穩(wěn)定邊坡影響較大，安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高[4]。

現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在施工單壓高邊坡段時(shí)采用“中導(dǎo)洞-三臺(tái)階預(yù)留核心土法”開挖施工時(shí)圍巖變形量較小。因此，板河口隧道出口單壓高邊坡段施工時(shí)洞內(nèi)采用“中導(dǎo)洞-三臺(tái)階預(yù)留核心土法”開挖支護(hù)，增加鋼筋混凝土基礎(chǔ)代替暗挖部分鋼拱架支護(hù)等輔助施工措施配合，確保施工安全和質(zhì)量。

圖4 板河口隧道出口斷面圖

圖5 板河口隧道出口照片

3.2“中導(dǎo)洞-三臺(tái)階預(yù)留核心土法”半明半暗施工技術(shù)

針對(duì)板河口隧道出口明洞明挖段施工，因洞口明挖段施工受地形因素影響明顯，明挖段隧道拱部及中臺(tái)階呈露出地表狀態(tài)，若采用自上至下的方式開挖，隧道拱部及中臺(tái)階將成懸空支護(hù)，極易因下臺(tái)階開挖導(dǎo)致山體凌空面增大產(chǎn)生位移帶來(lái)支護(hù)偏位現(xiàn)象，故板河口隧道出口明洞段明挖部分施工時(shí)，為了盡量減少因明挖增加隧道靠山體一側(cè)的臨空面高度，在施工明挖部分時(shí)先施工洞身下部，并參照地鐵地連墻施工實(shí)例采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)代替洞身下部型鋼拱架，做到即開挖即支護(hù)，保證山體的穩(wěn)定性。待明挖部分初期支護(hù)施工完成后，在明挖部分初支外露段施工鋼筋混凝土護(hù)拱，護(hù)拱配筋按相應(yīng)圍巖二次襯砌配筋配置，厚度按50cm 施作。具體施工步驟如下：

3.2.1 洞身下部施工

明挖部分施工時(shí)，先按設(shè)計(jì)線路施工點(diǎn)位進(jìn)行放點(diǎn)，然后采用小型溝槽挖掘機(jī)在隧道下臺(tái)階線路上開挖出50cm 寬沿線路方向溝槽，深度根據(jù)下臺(tái)階底部高程確定，溝槽開挖完成后立即將以綁扎成型的鋼筋條籠安裝到溝槽內(nèi)，并及時(shí)澆筑混凝土；在溝槽鋼筋混凝土頂部預(yù)埋鋼板螺栓連接件，待鋼筋混凝土基礎(chǔ)達(dá)到強(qiáng)度后，方可進(jìn)行上部初支拱架安裝。

基礎(chǔ)施工時(shí)，其深度按洞身支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)施工，必要時(shí)適當(dāng)增加基礎(chǔ)長(zhǎng)度；同時(shí)，為保證基礎(chǔ)擁有足夠的穩(wěn)定性，基礎(chǔ)墻身加設(shè)ф42 注漿錨管，插入基礎(chǔ)的深度為基礎(chǔ)的2/3，插入山體4m，錨管呈向下傾斜15°設(shè)置，上下間距50cm，左右間距60cm，呈梅花形布置。臨時(shí)基礎(chǔ)施作時(shí)，根據(jù)上臺(tái)階拱腳的位置預(yù)埋搭接鋼架，與上臺(tái)階鋼架采用螺栓鉚接。拱架施工完成后對(duì)拱架與山體一側(cè)進(jìn)行土體回填。

3.2.2 護(hù)拱施工

待明挖部分初期支護(hù)施工完成后，為防止山體落石和山體對(duì)洞身初期支護(hù)的拱圈推力過(guò)大造成初期支護(hù)受損，對(duì)明挖部分初期支護(hù)裸露段落增設(shè)鋼筋混凝土護(hù)拱。

對(duì)明挖部分初期支護(hù)裸露段落護(hù)拱施工完成后，待護(hù)拱達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度，為平衡山體受力情況，對(duì)明挖部分進(jìn)行土體回填反壓加固，明洞回填完成后再施工靠山體一側(cè)正洞洞身開挖及支護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)淺埋、偏壓段連拱隧道開挖施工技術(shù)的研究，改進(jìn)了圍巖開挖方法，有效控制隧道變形，保障了施工安全，加快了開挖進(jìn)度，降低了成本。板河口隧道埋深淺、地形地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，但在整個(gè)施工過(guò)程中未發(fā)生一起安全事故，因此工程質(zhì)量合格，左右主洞提前貫通，取得了良好的社會(huì)效應(yīng)。