大跨径连拱公路隧道施工工艺探析

摘要:本文通过总结近年来各地的大跨径连拱隧道的施工经验,对大跨径连拱隧道的结构特点,施工工艺进行研究。

Abstract: This paper summarizes recent throughout the long-span arch tunnel construction experience of long-span arch tunnel structure characteristics, construction technology is studied.

关键词:大跨径连拱;公路隧道;施工工艺

Key words: long-span arch;highway tunnel;construction process

中图分类号:U455 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)20-0081-01

0引言

大跨径连拱隧道是现代交通的重要组成部分,并越来越不可或缺。近年来,随着我国公路建设的快速发展,公路等级的不断提高,为改善路线线形,提高行车的安全性、舒适性和快捷性,公路隧道建设数量不断增多。但在特殊地质及地形条件的地区,从桥梁的衔接方式、总体路线线型、工程造价等因素综合考虑,分离式隧道往往受到较大局限,因而连拱隧道方案成为重要的可选方案之一,尤其对于中短长度的隧道和长大隧道洞口段。

1大跨径连拱隧道施工方法

连拱隧道的施工工序多,施工管理不便,进度慢,一直以来就是这种隧道结构的薄弱环节,在实际工程中,大多只用于短隧道,长度很少超过500m。因此,如何加快施工进度是连拱隧道研究的一个重要课题。而对于大跨径连拱隧道,如何选择施工方法就显得更为重要,因其跨度大,施工稍有不慎,就可能造成安全隐患。一种合理的施工方法不仅能加快施工进度,创造好的经济效益,更重要的是能促使隧道与围岩结构体系处于良好的稳定状态,这对于确保隧道工程质量,减少今后发生病害的可能性具有重要的意义,主要施工方法归纳如下:

1.1 三导洞法即中导洞先行,双侧导洞随后跟进的方案。有时也可先开挖双侧导坑,后开挖中导洞。根据双侧导洞和主洞的工序不同,可分为三种方法:①三导洞-先墙后拱法。顾名思义,先墙后拱即连拱隧道的边墙与拱部的二次衬砌是分开施作的,这将直接影响到二次衬砌的整体性。②三导洞-全断面二次衬砌法。待衬砌支护完成且基本稳定后再一次性自下而上完成二次衬砌的施作,符合新奥法施工原理,施工工序相对较少,具有优势。③三导洞-双上导洞法。此法的要点是在连拱隧道左右洞的洞顶各开挖一个导洞,形成双上导洞,通过这两个导洞对主洞进行拱部围岩加固,然后进行主洞的开挖就比较安全了。

1.2 中导洞法只有中导洞而无侧导洞的方案。根据主洞开挖方式的不同,可分为四种方法:①中导洞-正台阶法。即主洞采用台阶法施工。中导洞先行,做好中墙后再开挖主洞,工序最少,进度最快,具有显著的优势。②中导洞-下导洞法。先开挖中导洞,完成中墙的施工。当主洞开挖时,采用下导洞先行。增加下导洞可以带来许多优点,如探明前方地质情况,在导洞内设置三管两线等。但弊端也是很显然的,如工序多、开挖空间小、进度慢,需要拆除的临时支撑多等。故对此下导洞法不予推荐。③中导洞-中隔壁法。先开挖中导洞,完成中墙的施工。当主洞开挖时,采用中隔壁法施工。从稳定围岩来说,中隔壁法肯定是有优势的,但中隔支撑属于临时钢支撑,需要拆除,会增加工程造价,而且施工工序比三导洞法多,施工进度慢。因此,除了地质条件很差,或对地表下沉的控制有较高要求外,一般条件下不建议采用。④中导洞-双上导洞法。先在左右主洞的上半断面中,各开挖一个上导洞,利用上导洞对拱部围岩进行加固,然后才开挖中导洞,中墙完成后,用台阶法开挖主洞。这也是引自国外的方法,上导洞采用小型盾构开挖。

2大跨径连拱隧道施工工艺

2.1 超前支护现场监控量测数据处理和数值模拟分析结果表明,在大跨径连拱隧道开挖过程中,拱顶下沉和拱部收敛位移均较大,故对于Ⅳ级或Ⅳ级以上围岩,进洞应该采用管棚进洞,建议管棚布置为Φ89@50,在120°的范围内布置;进洞后采用超前小导管预前支护,建议小导管布置为Φ50@40,也在120°的范围内布置。

2.2 爆破施工由于双向六车道连拱隧道跨径大,施工步骤多,先支护衬砌会受到反复扰动,所以在开挖过程中要求采用“短进尺,弱爆破”,上台阶开挖采用留核心土法开挖,采用多次爆破,特别后行主洞开挖时,先行主洞中墙侧受到影响最大。炮眼的布置和药量的放置均要经过反复试验,得到最佳方法后才用以施工,这样才能保证施工的顺利和安全。

2.3 立模施工施工与计算都表明,连拱隧道的中墙在施工过程中会出现偏压状态,在先施工洞室完成,后施工洞室尚未开挖之时,最为严重。此时如中墙顶与围岩之间回填不实,会导致中墙呈悬臂受力状态,中墙向另一侧发生位移,导致衬砌出现边沟等纵向裂缝。中墙顶的回填基本属于隐蔽过程,受现场施工条件和环境的限制有时会不密实,为了确保安全,除了严格落实中墙顶部回填外,还应该在中导洞内设置中墙横向支撑,以平衡中墙的侧向移动。中墙顶锚杆基本上属于临时支护范畴,一旦中墙施作完毕,墙顶就会紧密回填,锚杆的作用随之减小,所以它的作用主要体现在中导洞阶段。

2.4 主洞开挖主洞上台阶开挖为隧道开挖的关键工序,跨度大,危险性大,因而要慎重施工。从量测结果可以看出,中墙在整个施工过程中始终偏向先开挖洞,为了平衡由于开挖导致的偏压,应回填后开挖侧中墙下部,上部用钢拱架横向水平支撑。大跨径连拱隧道的开挖更强调预留核心土,但留核心土对施工进度的影响很大,在实际施工中,应通过现场量测作出准确的判断,能不留则不留,力争做到在保证安全的前提下实现高效率。

2.5 仰拱施工从量测数据看,仰拱有利于改善上部二衬受力,且受力和上部二衬受力大小相差不大,故当为Ⅲ级或Ⅲ级以下围岩时,隧道可以不采用仰拱结构,当为Ⅳ级或Ⅳ级以上围岩时,可以采用和上部二衬一样厚度的仰拱。当隧道下台阶开挖及初期支护完成后,应进行仰拱的开挖及回填。

3结束语

大跨径连拱隧道施工是一个有着复杂工艺和方法的系统过程,对于何种围岩类型下,如何选取施工方案,以及在工程过程中因为设计与实际不符而重新定义围岩级别后,施工方案的变更、围岩支撑的加固提升或者降低,导洞开挖方式等等,都是需要有相当丰富的施工经验与试验结果做指导的。稍有不慎,都会导致整个系统工程面临失败的危险,在我们选取设计方案以及施工方案的时候,并且在施工过程中,都要不断参照以往宝贵经验和实地调查的结果,仔仔细细的做到施工的安全可靠,确保工程顺利进行。

参考文献:

[1]陈晓钜,林志良,李永盛.不对称连拱隧道现场量测与分析研究.岩石力学与工程学报,2004,02:267-271.

[2]熊江陵,汤勇洛.北京城市铁路双连拱隧道防排水综合施工技术.现代隧道技术,2003,40(05):48-53.