谈隧道转弯段施工方法

张大牛

(中铁十二局第二工程有限公司，山西太原　030032)

谈隧道转弯段施工方法

张大牛

(中铁十二局第二工程有限公司，山西太原030032)

摘要:介绍了隧道的转弯形式，从主洞形式、支洞、斜井形式、开口导洞形式等方面，阐述了隧道转弯处常用的施工方法，并提出了隧道转弯处施工安全注意事项及质量保证措施，为隧道转弯处施工提供了思路。

关键词:隧道转弯处，主洞，支洞，斜井，开口导洞

1　概述

随着国家基础设施的投资建设，铁路、公路、水利等工程建设中，隧道施工项目逐渐增多，隧道长度不断增加，工期逐渐缩短，导致各建设单位，为加快工程进度，不得不增加支洞、斜井等施工隧道的数量，为主洞施工创造更多作业面。由于部分隧道埋深大，前期的地质勘查不充分，施工段划分施工任务时，对支洞、斜井与主洞转弯衔接处地质条件掌握不充分，待支洞、斜井等施工隧道施工至主洞位置，发现支洞、斜井与主洞转弯衔接处地质条件差，围岩自稳能力差，部分隧道该处围岩基本达到Ⅴ级。为保证后期机械设备的顺利通行，会车等转弯衔接处断面必须施工的较大，从而增加了隧道施工安全风险。常用，不在公路、铁路及水利等工程施工应用，在以后的衔接处施工中不进行描述。

2　隧道转弯形式

支洞、斜井与主洞衔接处转弯形式主要有平面正交转弯、平面斜交转弯，上下贯通转弯等三种形式，分别如图1所示。

支洞、斜井与主洞衔接处上下贯通转弯多在矿山巷道施工中

图1　隧道转弯形式

平面正交转弯和平面斜交转弯在铁路、公路、水利等工程施工中应用较多，其有利于隧道掘进出渣、运料车辆的顺利通行。支洞、斜井与主洞的平面贯通，导致了主洞在转弯衔接处结构三面凌空，不利于隧道结构安全。特别是在不良地质条件下，转弯处施工方法不当，极易造成塌方事故，不仅会造成经济损失、影响工期，更会导致伤亡事故，对企业、社会等产生不良影响，是任何人都不能接受的。

3　隧道转弯处常用的施工方法

3.1转弯衔接处主洞形式施工

转弯衔接处主洞形式施工，即在支洞、斜井开挖支护至主洞临近支洞、斜井一侧后，停止支洞、斜井支洞开挖支护，按照主洞横向开挖方式进行开挖，开挖至隧道全宽后，按照主洞初期支护形式，安装型钢拱架，拱架临近支洞、斜井一侧拱腿架在支洞，或斜井型钢拱架拱背上，或在支洞、斜井端头处、主洞边墙位置设置横梁，将主洞一侧拱脚搭在横梁上。一般情况由于围岩较好，均不进行支护。施工方法如图2～图5所示。

图2　衔接处主洞形式施工

图3　支洞、斜井与主洞同高

图4　支洞、斜井高度低于主洞高度

图5　支洞、斜井高度高于主洞高度

该方法适用条件:首先对转弯衔接处地质条件要求高，对主洞隧道跨度小于5 m时，围岩等级不应大于Ⅲ级，对主洞隧道跨度大于5 m时，围岩等级不大于Ⅱ级。围岩开挖后，围岩的自稳性好，能够保证在衔接段主洞全宽开挖完成后再进行支护。其次，支护后，围岩来压后，压力小，不影响结构安全。在将拱腿置于支洞、斜井拱背上或置于设置的横梁上时，必须对支洞、斜井拱架或增设的横梁进行受力验算，一般可按照简支梁受力计算。最后，支洞、斜井转弯衔接处可及时施工二次衬砌，增加对主洞拱脚的支撑力。支洞、斜井高度与主洞高度关系不大，在施工中可任意变化。

优点:转弯衔接处超挖量小，开挖施工进度快。

缺点:裸挖段较长，安全风险高。在进行衔接处转弯段主洞拱架安装时，难度较大，需要根据现场量取拱架长度，现场切割，进度较慢。

3.2转弯衔接处支洞、斜井形式施工

转弯衔接处支洞、斜井形式施工，在施工至主洞位置前，对支洞、斜井等进行挑顶加高，确保支洞、斜井等边墙高度高于主洞高度，按照加高后断面进行开挖支护施工，穿过主洞全宽后，封闭支洞、斜井掌子面。然后在加高后的支洞、斜井两侧边墙上测量放样，画出主洞开挖轮廓线，沿开挖轮廓线设置超前导管，将加高厚度支洞、斜井拱架之间焊接在超前导管上，确保导管能直接悬挂住支洞、斜井拱架。再紧贴加宽后支洞、斜井边墙，布置主洞拱架，此处主洞拱架应进行抗弯计算，亦可按照简支梁技术方法进行验收，验算合格后，选用符合要求的材料制作的拱架进行安装，将该拱架与支洞、斜井边墙拱架之间焊接牢固后，再进行喷锚支护，待混凝土强度达到设计强度70%后，拆除支洞、斜井边墙拱架，进行主洞开挖，按照该方法进行施工，主洞两端不得同时施工，应错开10 d时间，给围岩预留一段沉降稳定时间。施工方法如图6，图7所示。

图6　衔接处支洞、斜井形式施工

图7　衔接处支洞、斜井形式施工步序（D—D剖面图）

该方法适用条件:适用于地质条件较差，围沿有自承能力，但自承能力较差的围岩，开挖后，围岩有一定的自稳期，但自稳时间较短的，该段时间足够进行初期支护的围岩。对主洞隧道跨度小于5 m时，围岩等级应为Ⅳ级和Ⅴ级较好围岩，对主洞隧道跨度大于5 m时，围岩等级应为Ⅲ级和Ⅳ级围岩。另外，转弯处支洞、斜井高度必须高于主洞高度。

优点:作业人员一直处于初期支护下进行作业，安全条件较好。

缺点:前期开挖超挖量大，在进行衬砌施工时，回填量同样大。施工过程中，需对支洞、斜井边墙进行拆除。浪费较大。在围岩极差时，支洞、斜井加高后施工，安全风险较高，不安全。

3.3转弯衔接处开口导洞形式施工

转弯衔接处开口导洞形式施工，一般采用开口导洞形式施工，隧道转弯衔接处地质围岩极差，多为砂卵石地层、松软的回填土、破损带等位置，不宜进行大断面开挖的围岩。其做法为:在支洞、斜井等开挖至主洞边墙前一定位置后，停止支洞、斜井施工，进行开口导洞施工。开口导洞中心线与主洞中线垂直，高度应保证开口导洞起拱线与主洞开挖拱顶持平，长度为主洞宽度加主洞初期支护厚度。开口导洞断面不宜过大，能满足出渣、开挖作业即可，一般建议断面宽度为2.0 m～3.0 m。若断面过大，后期回填量大，不经济。围岩极差时，也不利于隧道安全作业。开口导洞根据地质条件，选择是否进行成环形支撑。

开口导洞施工完成后，施作开口暗梁，开口暗梁一般采用工字钢加固而成，暗梁两侧设置墩柱，确保暗梁基础牢固。暗梁施工前应对暗梁进行受力验算，可按照简支梁计算方式验算。并预留1.5倍以上的安全系数。

测量放样，在开口导洞两侧边墙上画出主洞开挖轮廓线，沿开挖轮廓线外5 cm～10 cm施作超前导管，由于受开口导洞宽度限制，超前导管长度应与开口导洞宽度相同。超前导管安装完毕后，导管注浆，对主洞开挖范围拱部进行超前注浆支护。

注浆支护施工完成后，对开口导洞范围内架设主洞钢拱架，拱架悬空一端搭在开口暗梁上，另一端按照正常做法施工，完成拱架安装后，对开口导洞段主洞拱架进行喷混凝土支护，并对主洞拱架以上、开口导洞空腔进行回填，确保填充密实。确保主洞拱架能够承受开口导洞起拱线以上结构及外部围岩产生的压力，为拆除开口导洞两侧边墙做好准备。

拆除开口导洞边墙，开口导洞边墙不得两侧同时开挖，必须等一侧施工完成一段时间后，再拆除另一侧边墙，以减缓沉降速度，防止地层突然来压，对主洞拱架造成冲击荷载。一般做法为主洞一端开挖掘进超过30 m以后，再拆除另一侧边墙，施作另一端主洞。主洞拱架在支洞、斜井开口范围内，拱架一侧搭设在开口暗梁上，一侧正常施工，施工超出支洞、斜井开口范围后，按照主洞断面形式进行拱架安装、喷混凝土支护。为保证结构安全，主洞在支洞、斜井上下游各15 m范围内拱架加密，以提高支撑能力，确保结构安全。超出该范围后，按照主洞支护参数进行施工。施工方法如图8～图10所示。

图8　开口导洞平面图

图9　开口导洞（B—B）断面图

适用条件:适用于围岩差、极差时，主要针对Ⅴ级、Ⅵ级围岩进行转弯处施工，隧道开挖前围岩必须进行超前支护，开挖后，必须立即进行初期支护的围岩，特别适用于大断面隧道转弯处施工。该方法也主要用于城市地铁隧道施工中。另外开口导洞高度必须高于主洞高度。

优点:超挖量小，后期的回填数量小，经济性好;开挖、支护等作业全部在隧道初期支护、超前支护下，即使隧道围岩极差，也能确保作业人员安全，安全性好;施工过程中，通过开口导洞的施工，减少了每次开挖量，有利于围岩自稳，施工风险小。

图10　开口导洞施工步序（A—A剖面图）

缺点:开口导洞施工，造成了一定的材料浪费;由于采用小断面施工，大型的机械设备利用的较少，花费的人工较多;每次开挖量小，进度慢。

4　隧道转弯处施工安全注意事项

隧道在转弯处选择哪种衔接形式，主要由围岩性质决定，在施工中，可参照三种衔接方式的适用条件，选择既经济、快捷又安全的施工方法。因此，对衔接处围岩类型判别是关系到隧洞施工安全至关重要的内容，必须坚持两部分级的方式，对围岩类别进行分类，第一步根据围岩坚硬程度和岩体完整性，对隧道围岩初步分级。第二步，在对岩石详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上考虑修正因素(岩石中是否含有水;围岩稳定性受软弱结构面的影响，且由一组起控制作用;岩石中存在高初始应力)的影响，修正岩体基本质量指标，按修正后的岩体基本质量指标BQ，结合岩体的定性特征综合评判、确定围岩的详细分级。

5　隧道转弯处质量保证措施

隧道在转弯处施工时，由于洞体增加了凌空面，造成岩体应力分布不均，局部超压，洞体的沉降量大等，极易造成隧道塌方事故，为此，在隧道转弯衔接处施工时，初期支护质量控制尤为重要。初期支护质量控制首先是对型钢拱架的施工质量控制，通过预测隧道初期支护可能承受的荷载，选用适当的型钢加工拱架，确定合理、安全的施工步距，确保型钢拱架对岩体压力局部足够的承载力。其次是喷射混凝土质量控制，喷射混凝土的质量包括混凝土强度、喷射层厚度等。还有系统锚杆，通过锚杆布设，增加围岩的自承能力，减少初期支护承受的地层压力，确保施工质量符合要求，隧道结构安全。

6　总结

隧道转弯处施工，是隧道施工中的难点和安全控制的重点。三种隧道施工方案主要是针对矿山法、新奥法、掘进机法以及浅埋暗挖法等隧道施工工法在转弯处衔接的施工方案，在转弯处围岩级别的判定时，如果再采纳新意法的思路，对转弯衔接处围岩稳定程度进行判定，采用超前导管等措施对围岩进行预加固，再结合相应的施工方案，必将能改善作业环境、降低施工难度、控制安全风险、加快施工进度，获得良好的收益。

通过上述三种方案的叙述，为隧道转弯处施工提高了基本的施工思路，各方案均有优缺点，在施工中，必须根据现场的具体情况，合理选择相适宜的施工方案，确保施工安全有序进行。

7　结语

隧道在转弯处施工过程中，由于隧道断面形式的变化、凌空面的增加，发生的事故较多，通过严谨判定围岩类别，正确选择隧道在转弯衔接处施工方案，在保证隧道结构安全、人员安全的前提下，缩短施工作业时间，减少拆除和回填量，以取得较高的经济效益。

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

作者简介:张大牛(1979-)，男，工程师

收稿日期:2015-11-29

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0186-04

中图分类号:U455

文献标识码:A