双连拱隧道的施工与监理

发布时间:2008-02-02

郑亚强 山西省交通科学研究院

摘要：通过双连拱隧道的具体施工工艺，对双连拱隧道的施工过程和监理要点做了详细介绍， 对以后的双连拱隧道的施工监理起到借鉴作用。 关键词：双连拱隧道；施工；监理

前言：随着我国高等级公路建设的飞速发展，越来越多的高等级公路穿越山区，为避免大挖大填破坏生态环境和减少占用土地资源，修建公路隧道成为一种经济的选择。双连拱隧道由于线形好，占地少，更适用于特殊的山岭重丘地区。然而双连拱隧道由于结构型式特殊，施工工序较多，施工工艺复杂，如何控制好双连拱隧道的施工质量，成为公路建设者门所面临的难题。本文结合太长高速公路范家岭3#隧道的施工过程，具体介绍双连拱隧道的施工监理要点。 一.工程概况

范家岭3#隧道是国家重点建设项目太原至澳门高速公路山西省太原至长治高速公路的重点控制工程之一，里程桩号为K54+260—K54+505，全长245米，其中暗洞230米，明洞15米，隧道底板最大埋深66.5米。该隧道左、右轴线相距13.3米，为连体结构型式。

范家岭3#隧道内轮廓采用单心圆形式，中墙采用曲中墙，半径r=5.35m， 中墙宽2.6m。单洞净宽9.75m,，净高5.0m，开挖断面总宽25.56m。

隧赖夭阒饕抵型扯碛椋═2e），岩性为灰绿色厚层—巨厚层状长石砂岩夹紫红色砂质泥岩，岩石呈碎块状、块状，节理发育。地下水位埋藏较深，为基岩层间裂隙水。洞口段埋深较浅，结合地形、地质条件设置为明洞，其余暗洞按新奥法原理设计为复合衬砌，中隔墙采用C25钢筋混泥土置换岩体，明洞采用60cm厚钢筋混凝土结构。暗洞根据地质条件和围岩分类，采用长管棚、超前小导管、超前锚杆进行超前支护、钢拱架支撑、自钻式锚杆锚固、挂钢筋网、喷射混泥土等形成初期支护和C25钢筋混凝土仰拱、拱墙形成二次衬砌。 二．双连拱隧道的结构和施工特点

双连拱隧道顾名思义就是在其形态上两洞洞身紧紧相连，只有一中墙相隔，两洞的拱顶共同搭建在钢筋混凝土中墙之上；而分离式隧道则是一洞一拱。

双连拱隧道与分离式隧道特征对比表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 对比项目 双洞边墙间距（m） 结构和受力 工序、工期和难度 围岩扰动次数 地质条件 隧道长度 与线路连接 可容交通量 占地面积 地下空间利用 连拱隧道 0 结构复杂，受力不稳定 工序多，工期长，难度大 多 差，浅埋，偏压 中短型，很少长的 线性最好 大 最少 最好 分离式隧道 大于15 简单，稳定 少，短，小 少 好差都有 不限，长的显优越性 差 较小 多 差 11 12 人文景观和环保 经济评估 最有利 不利 每延米造价高，总价划算 每延米造价低，连接线高 通过上述对比，可以看出双连拱隧道比分离式隧道有很大的优点，但双连拱隧道结构受力复杂，主要有连拱隧道的最大弯矩分布于边墙和仰拱的结合部位；轴力分布均匀，最大轴力出现在中墙上方至拱腰2.4m范围内；中墙受力十分复杂，中墙的应力在整个阶段由轴心受压，逐渐转化偏心受压，后又恢复为轴心受压，而分离式隧道则简单的多。 因而连拱隧道的施工工艺比分离式隧道的施工工艺复杂，其特点为中导洞先行，通过中导洞的施工进行地质核实和修正，指导施工，同时在施工过程中严格以新奥法基本原理为依据，运用弱爆破，短进尺，强支护，早封闭，勤测量的原则为指导，由内到外，由小到大进行开挖，左右主洞的开挖，保持一定的时间和空间距离，通常控制在三倍的单洞隧道直径，即30-50m以上，至少在先行洞初期支护监控量测位移收敛基本稳定之后，或在先行洞的仰拱封闭施作完工之后在进行后行洞施工。在施工过程中，自始至终必须注意后行洞对先行洞的初期支护和二次衬砌等的不利影响。 三．施工与监理 1． 施工准备阶段

⑴ 熟悉、掌握设计图纸、招标文件和规范要求，领会设计意图，掌握双连拱隧道的结构受力和施工特点，为具体施工做好准备工作；

⑵ 地形、地质、水文条件的调查，地形、地质是否符合设计图纸；施工用水来源、水质是否满足规范要求。范家岭3#隧道地处山西省晋中市太谷县范村镇西南，经监理工程师现场调查，施工现场为基岩裸露陡坎、冲沟，多呈V字型地貌，地形条件恶劣，而地质条件符合设计图纸要求。施工用水主要依靠象峪河的大气降水，经现场取样试验，满足规范要求；

⑶ 施工所用的原材料的来源，数量、质量能否满足施工需求，施工所需的砼配合比的设计、验证。范家岭3#隧道水泥采用国家免检品牌河北“太行山”牌水泥，碎石采用太谷碎石，砂采用豆罗砂。施工配合比经山西省交通基本质量检测中心验证，监理中心试验室平行验证批准使用；

⑷ 检查施工场地“三通一平”是否达到要求及承包人的机械、人员是否能够满足施工需求； ⑸ 测量放样，在隧道进出口布设基准线，隧道中线点布设准确，精度是否达到规范要求； ⑹ 利用地质罗盘、地质锤等工具进行地质超前预报； ⑺ 审核承包人的施工组织设计是否与施工现场实际相符合。 2.施工阶段

范家岭3#隧道由于地形条件的限制，从出口开始施工。

⑴ 仰坡的开挖 监理工程师首先根据设计图纸复测仰坡的边线，确定仰坡开挖的范围，其次在仰坡开挖过程中主要控制仰坡坡比符合设计要求，清理干净浮石、危石等，然后检查锚杆的数量、长度及布设方式，钢筋网片的规格，喷射混凝土的厚度、强度达到设计要求。

⑵ 超前支护及中导洞的施工 由于洞口浅埋段围岩破碎，施工难度大，现场采用3m、6m长φ108x6mm热轧无缝钢管，丝扣连接，环向间距50cm，斜向上150布设长管棚并与第一榀钢拱架连接固定，管内采用M30水泥砂浆填充进行超前支护。中导洞采用正台阶钻爆法施工，按围岩类别，严格控制循环进尺。在该隧道施工中V类围岩0.5-1.0m/循环，IV类围岩1.0-1.5m/循环，III类围岩1.5-2.5m/循环。锚杆、钢拱架支护紧跟，监理工程师在施工中应特别注意检查锚杆的长度，锚杆的方向应垂直于岩面，钢拱架的间距及喷射混凝土的厚度及超挖回填部分的施工，严禁用干砌片石回填。在施工掘进过程中，对掌子面做详细的地质描述，对有渗水的地段做详细记录。

⑶ 中隔墙的施工 监理工程师首先应检查断面尺寸，由于中隔墙是双连拱隧道受力集中的重要支点和基础点，因此中墙基底必须坐落于基岩上，如有浮渣、泥岩，则必须清理干净，在V、IV类围岩段中隔墙基础还应设置斜向和竖向锚杆进行加强，中隔墙顶部采用3根锚杆张开进行加固；其次检查

中隔墙钢筋的布设及砼的施工；由于中隔墙顶混凝土与岩面很难完全紧密接触，必须督促承包人预留注浆孔，注浆孔应预留在中隔墙顶部1-2m范围内，纵向间距2-3m，呈梅花型布置。

⑷主洞的施工 主洞洞口段施工应与中导洞施工相同，先施工长管棚进行超前支护，必要的话需进行地表注浆，然后按上下导坑法进行掘进，同时在开挖一侧主洞时，中隔墙另一侧必须回填或支撑，预防中隔墙受到水平应力，产生推移。在V、IV类围岩地段采用超前小导管进行超前支护。小导管采用3.5m长φ42x3.5mm的热轧无缝钢管，环向间距0.3m，纵向间距2.25m，梅花型布置，搭接长度不小于1m。由于主洞的开挖面积大，同时根据新的隧道设计规范要求，为确保连拱隧道施工安全，应对相邻洞室的最大临界震动速度进行控制，一般不大于15m/s,故在进行主动开挖时必须进行严格爆破作业设计，控制每次循环进尺的距离，同时控制上下导坑间距在30m左右。开挖后应立即进行初期支护，确保初期支护的有效成拱作用，即确保锚杆与围岩的粘结力均匀分布。在主洞开挖阶段，监理工程师主要检查锚杆的数量、长度、间距及与岩面的角度,钢拱架的间距，超挖回填等，特别检查锁脚锚杆的施工质量。左右主洞的掘进距离严格控制在50m以上。掘进过程中，充分利用中导洞开挖积累的围岩类别的经验，重新修改光面爆破参数，控制主洞开挖的超欠现象，严禁出现欠挖现象，这样既提高了工程进度，又保障了施工质量。

⑸ 监控量测 在隧道的开挖过程中，严格按照新奥法 “光面爆破、锚喷紧跟、监控量测、及时反馈和修正”的原理进行监控量测，范家岭3#隧道主要进行了以下项目的量测。 序号 量测项目 1 2 3 隧道内目测观察 拱顶下沉 仰拱顶隆起 量测间距配置位和位置 全隧道 每20米 每30米 置 面 点 频率 一次/二日 一次/二日 一次/二日 一次/二日 一次/二日 一次/十日 一次/十日 一次/十日 预埋量0-15天 16-30天 30天以后 测仪器 日 日 一次/一日 备注 各开挖一次/一拱顶一一次/一锚杆 锚杆 判定围岩及隧道的稳定性，支护参数的合理性，并4 隧道内周每50米或拱脚和一次/一边位移 地表沉陷 必要时 每20米 拱腰 日 二次/一日 收敛仪为二衬浇注一次/十用短锚时间提供依日 据 杆 一次/七日 水准点 判定稳定性 5 监控量测作为隧道施工的重点工序，主要起修正支护参数，调整支护类型和合理确定二次衬砌施工的作用，同时为连拱隧道的设计、施工积累经验。监理工程师应对监控量测进行认真观测记录，然后对量测数据进行分析处理，提出合理的处理方案。通过对监控量测数据的分析处理，对隧道施工局部地段的支护进行了修正，即缩小了钢拱架的间距，又确保了施工质量。

⑹ 仰拱和防、排水施工 根据围岩类别不同分别按设计图纸要求进行施工，在施工过程中主要控制预埋件的位置、仰拱顶面标高及防、排水管的准确连接。

⑺衬砌砼的施工 由于二次衬砌是双连拱隧道的重要组成部分之一，在软弱围岩地段还承担部分荷载，因此二次衬砌的施作必须及时。根据新奥法的原理，二次衬砌的施工时间，通常是在该里程段的初期支护已经稳定，且有监控量测数据证明后方可进行，即围岩位移速度有明显减弱趋势，已产生的各项位移达到了位移总量的90%，周边位移速度≤0.2mm/d，拱部下沉速率≤0.15mm/d,进行二次衬砌施工。首先按照设计图纸进行钢筋绑扎，预埋各种预埋件，然后衬砌台车就位，在衬砌台车就位后，必须认真检查台车的中线，确保台车中线与隧道中线一致，支撑牢固。砼施工应同时从两侧对称进行，防止台车偏压移位。拱顶砼应尽量密实，同时预留注浆孔。监理工程师主要检查砼的施工质量和施工

工艺及止水条、止水带的设置以及预留件的位置。

⑻ 其它应注意的问题 在施工过程监理工程师必须用拉拨仪进行锚杆抗拨试验，确保锚杆施工质量；在初期支护完成后利用隧道断面仪及时进行断面检查，确保二衬厚度符合设计要求，为后续开挖尺寸的修正提供参数。 四.结语

由于范家岭3#隧道施工严格按照新奥法原理进行施工，各工序衔接合理，监控量测科学，数据分析反馈及时，紧密的指导了后续施工。监理工程师严格认真负责的工作态度，为该隧道快速、安全的施工起到了关键性作用。该隧道的施工监理经验在以后类似的工程中值得借鉴。