连拱隧道中导洞与正洞平行施工应用

【摘要】近年来，随着我国公路建设的快速发展，连拱隧道作为公路隧道的一种结构形式，由于其平面线型顺畅、占地面积小、适用于地形复杂，尤其是在山区高速修建短隧道（隧道长≤ 500m）中，具有较大优势而常被采用。相对其他形式连拱隧道施工工序复杂，导致施工周期较长，且质量难以控制，因此根据不同的工程情况优化科学合理开挖方法显得尤为重要。

【关键词】连拱隧道;导洞与正洞;平行施工

Application of parallel construction of pilot tunnel and main tunnel in multi arch tunnel

【Abstract】 in recent years， with the rapid development of highway construction in China， multi arch tunnel， as a structural form of highway tunnel， is often used because of its smooth plane line， small floor area and complex terrain， especially in the construction of short tunnels in mountainous areas （tunnel length ≤ 500m）. Compared with other forms of multi arch tunnel， the construction process is complex， resulting in a long construction period and difficult quality control. Therefore， it is particularly important to optimize the scientific and reasonable excavation method according to different engineering conditions.

【Key words】multi arch tunnel; Pilot tunnel and main tunnel; Parallel construction

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.065

1、項目概况

104国道西过境平阳段改建工程PPP项目位于浙江省温州市平阳县，起点桩号K14+021.264，终点桩号K21+933，总长7.912km。涉及隧道7座，长隧道1座，中短隧道6座，其中分离式隧道5座，连体式隧道2座。本项目合同工期36个月，造价10.4亿元。

东山隧道位于温州平阳县梅溪社区东侧，进口在梅溪社区至水亭的乡村道路边上，出口位于梅溪社区的边上。本隧道的起点桩号K20+519，终点桩号K20+800，隧道总长281m，为连拱隧道，隧道全长281（明洞8m，半明半暗10m，暗洞263）m。经项目施工技术人员反复讨论、研究和实验，提出了“中导洞与正洞平行施工”的施工方案。项目采用后，缩短了各工序之间平行作业的时间、大大缩短了施工周期、降低了施工成本、施工效果良好，具有很强实用性。经测算，节省施工费用约114万元，经济效益明显。

2、特点

提高功效，缩短工期。相对于传统连拱隧道施工工艺：中导洞贯通、中隔墙浇筑、主洞施工三道工序进行科学合理的编排，由传统工艺中按顺序独立施工变成三道工序进行平行作业，提高了各工序之间平行作业的时间，大大缩短了隧道整体工期。

节约施工成本。由于工期的缩短，大大减低了隧道施工的全过程施工成本。

3、适用范围

适用于具备双向掘进条件，地质围岩情况良好无特殊地质情况的连拱隧道开挖施工。

4、工艺原理

采用中导洞与正洞平行的方法进行施工。中导洞开挖前应按设计要求对地表及边仰坡范围进行加固防护。待防护到位后进行中导洞开挖、支护至Ⅳ级围岩段或地质围岩情况良好处停止施工，并采用喷射混凝土封闭中导洞掌子面，距掌子面30m处开始向进洞口方向施做中隔墙。同时由出洞口进行中导洞开挖、支护。当进洞口端中隔墙施工完成并达到设计强度，开始进行进洞口端护拱施工、正洞施工，使中导洞开挖与正洞开挖工序进行平行作业，提高了各工序之间平行作业的时间，大大提高了功效，缩短了隧道整体施工工期，节约了成本。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

5.1.1 施工工艺总体流程

（1）中导洞开挖前按设计要求对地表及仰坡进行加固防护;（2）进洞口端中导洞开挖支护150m暂停进口端开挖支护工作，采用喷射混凝土封闭其掌子面防止掌子面发生岩体发生松弛，开挖、支护人员至出洞口端进行开挖支护（相对中导洞双向开挖节约一半人员）;（3）进洞口中隔墙先期施工120米，预留30m防止贯通时损伤中隔墙，由靠近掌子面处向洞口施作，方便混凝土及钢筋运输作业;（4）待进洞口处中隔墙满足设计强度时开始施做先行洞护拱及管棚;（5）管棚注浆强度达到设计强度后进行主洞开挖及支护;（6）待先行洞开挖支护50米后，开始后行洞开挖及支护（主洞开挖的先后次序、开挖方式应根据围岩强度、埋深、有无偏压等条件制定专项施工方案）;（7）出洞口端中导洞开挖至贯通后由洞内向洞外施作剩余中隔墙;（8）待出洞口处中隔墙满足设计强度时开始施作出洞口护拱及管棚。

5.2施工周期对比

说明：常规施工施工准备工作15天，中导洞贯通88天，中隔墙浇筑81天，护拱施工25天，主洞开挖132天，合计341天。本方案实施准备工作15天，中导洞施工50天，中隔墙浇筑40天，护拱施工25天，主洞开挖132天（与中导洞开挖、中隔墙浇筑平行施工），合计262天。节约工期79天。

5.3操作要点

5.3.1中导洞开挖及初期支护

因中导洞开挖与主洞洞身开挖方向、围岩情况基本一致，可以借助中导洞开挖对主洞围岩的情况先行探察，为后续主洞开挖积累资料和经验，可根据中导洞围岩情况与设计围岩进行对比、修正支护结构参数、指导主洞的施工。中导洞开挖测量是关键，必须准确控制开挖中线。

中导洞开挖应采取有效措施，以减轻爆破对围岩的扰动，爆破设计时各项参数应经过试验段检验并调整。开挖断面尺寸应满足设计要求，并采用有效措施控制开挖轮廓线，开挖质量应符合设计及规范要求，严禁二次爆破开挖。在开挖过程中，应随时测定隧道轴线位置和高程，中导洞贯通宜选择在围岩良好地段，当两开挖面间的距离为15m时，开挖侧每次爆破作业时应提前30min通知另一侧暂停施工，暂停侧施工人员及机械设备应撤至安全距离以外。

初期支护应紧跟开挖施工，做到开挖支护循环进尺。采用“工字钢架+喷砼+系统锚杆+钢筋网”支护，支护参数根据设计要求设置。

施工要点：（1）工字钢采用液压弯曲机加工，连接钢板应采用数控切割设备、钻孔应采用机械冲孔，不得使用电焊切割成孔。（2）首批加工好的钢架应在预拼区内预拼，平面翘曲度、钢架焊接质量检验合格后可批量加工，并按编号分类存放;（3）钢架安装时，不得因拱脚欠挖随意更改钢架长度，拱脚不得用虚渣回填，连接钢板的4个螺栓都应拧紧;（4）钢架之间采用纵向钢筋连接，本项目连接钢筋间距100cm;（5）在各拱脚处设锁脚锚杆（管），并按要求与钢架焊接牢固;（6）混凝土喷射时，应先将钢架与围岩间隙喷射混凝土充填密实，再喷射钢架周围，防止空洞。如图1所示。

5.3.2 中隔墙施工

浇筑中隔墙，分段长度为10m，中隔墙模板宜采用定型钢模，以保证混凝土浇筑质量、加快中隔墙施工效率，混凝土浇筑采用泵送混凝土施工，施工中加强振捣，确保砼密实，预留排水管必須固定牢固，保证畅通。

施工要点：（1）施工前要将基底的水、泥、碴清理干净，保证地基承载力符合设计规定。（2）中隔墙施工时，中隔墙砼应与中导洞顶部顶紧、密实，无缝隙，缝隙，应采用与设计同标号的喷射砼喷（回）填密实。（3）墙身内预埋钢板应固定牢固，位置准确。防止后期与主洞钢支撑连接板存在错台、缝隙过大。（4）中隔墙浇筑完成后应及时回填中隔墙基坑，防止主洞开挖中隔墙变形。中隔墙施工如图2所示

5.3.3 主洞开挖及初期支护

待中隔墙加固及保护措施符合设计要求后，方可进行主洞开挖。主洞开挖优先选择机械和人工配合的无爆破施工，局部需爆破施工时，宜弱爆破施工，以尽量减少对地层的扰动，爆破设计和实施时，应注意对中隔墙的保护，不以中导洞为爆破临空面。

主洞上拱部的开挖，应在中隔墙混凝土强度达到设计要求后进行，并应慎重施工。为了平衡初期支护左（右）侧拱圈的推力，上拱部开挖前，应在中隔墙右（左）侧导坑空隙处按设计要求设置横向水平支撑，支顶中隔墙，防止中隔墙受到左（右）侧拱圈的推力后产生变形。

当主洞开挖采用双侧壁导坑法施工时，初期支护应及时跟进，尽早封闭成环;开挖时，轮廓应圆顺，侧壁导坑宽度不宜超过断面最大跨度的三分之一;左右导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不至波及另一次已成导坑的原则而确定;仰拱施工前应先拆除临时支护，临时钢支撑拆除长度应与仰拱施工长度相等;仰拱一次开挖长度硬岩不应大于5m，土和软岩不应大于3m，开挖后应及时施工仰拱初期支护、仰拱混凝土浇筑及填充。

当主洞开挖采用单侧壁导坑法施工时，开挖后应及时施作初期支护，地质较差时，应按设计要求设临时钢架或临时仰拱;开挖时，周边轮廓应尽量圆顺;左（右）侧开挖应在另一侧喷射混凝土强度达到要求后开挖右（左）;当开挖形成全断面时。

当主洞开挖采用台阶法施工时，台阶应根据隧道断面高度、机械设备、围岩稳定情况等综合确定，一般台阶高度为2.5～3.5m，台阶数量不宜大于三个，下台阶应在上台阶喷射混凝土强调满足设计要求后开挖，以减少对上台阶支护的破坏;左、右侧开挖宜前后错开3～5m，同一榀钢架不得在同一断面，防止因同时悬空造成拱圈下沉。

开挖过程中应保持洞内排水顺畅，出渣后应及时处理因爆破飞石堵塞的排水沟，防止洞内积水，软岩地段临时排水沟宜距边墙脚适当距离，以防止水沟渗水软化墙基底围岩面降低其强度。

喷射混凝土施工前先处清理浮石、杂物、灰尘，引排岩面渗水，确保喷射混凝土质量;检查断面尺寸，凿除欠挖部分，同时应埋设标志或利用钢筋网片、钢架等参照物控制喷射混凝土的厚度，确保厚度满足设计要求;黏附在钢架连接板处混凝土应采取有效手段及时处理，防止局部鼓包，确保平整度满足设计要求;喷射混凝土应随拌随用，回弹料应合理处置但不得重新搅拌后作喷射混凝土;液体速凝剂应采用环保无碱速凝剂。

锚杆施作时，采用的锚杆种类、长度应符合设计要求，本项目采用φ25中空注浆锚杆。锚杆施钻方向宜与轮廓面垂直;锚杆施工时应有专人记录，确保锚杆入岩长度、注浆压力、注浆时间、锚杆间距满足要求。

网片施工时，本项目采用E6定型钢筋焊接网。钢筋搭接长度不得18cm;初喷后进行钢筋网的铺设;钢筋网应与锚杆或其他固定装置连接牢固，在喷射混凝土时不得晃动;钢筋网片易锈蚀，储存时应做好下垫上盖工作。

钢架施工时，钢架安装前应检查已开挖断面中线、高程及钢架两侧拱脚处是否牢固;安装前应将底脚处的虚渣及其他杂物彻底清除干净;拱脚超挖时，应采用C20喷射混凝土填充;拱脚欠挖时，应及时处理欠挖部分，不得随意切割钢架;当拱脚处围岩承载力不足时，应在拱脚处加设钢垫板或强度不低于C20的预制混凝土块以加大拱脚接触面积;预留洞室位置钢架应按设计要求进行支护，只有在施工二衬时方可拆除，以确保安全。

6、质量控制

质量保证措施

从组织机构上，建立健全质量保证体系。具体做法是除公司组织定期检查外，在项目经理部设置专门的质量保证体系组织机构，由项目经理直接领导，其余领导班子成员协助，各科室人员各司其职参与其中，各施工队有专职工程师，在班组有质检员，组成一个完整的体系，即有协助促进，又有监督制约。

在健全体系的基础上加强制度的管理。由项目技术负责人组织各专业负责人根据现有技术规范要求，完善各分部分项的规范要求，加强各岗位人员的技能及质量意识培训，使上岗人员职责明确。

贯彻三级技术交底制度，各分项工程开工前，由隧道技术负责人对现场所有施工、技术、操作人员进行全方位的技术交底。讲清楚设计图纸要求、技术规范标准、测量方法及精度要求、各部位的具体功能、施工参数要求、操作关键要点等注意事项。开挖班、支护班、爆破班、钢筋班、模板班、混凝土班之间协调由现场管理人员根据实际情况协同各班班长自行协调，保证前后道工序有序高效衔接，对施工位置的预埋件、结构尺寸等质量要求做好交接并保存文字记录，尽量避免质量事故的发生。

落实三级质量控制制度，即工班实行质量自控自检，工区实行专控互检和工序交接检验，项目经理部实行专控专检。每一道工序的质量检查，严格按技术规范和检验标准进行，上道工序未经检验合格，严禁开展下道工序，要严格落实执行前后工序之间的检验、签认手续，未经检查合格的工序一律返工整改，经检验合格后方可呈报上一级的质检人员检查、验收。

7、安全措施

从组织机构上，建立健全安全管理体系，建立以项目负责人为首的安全生产领导小组，坚持管生产必须管安全的原则，健全一岗双责制度，从组织上、原则上、制度上保障生产安全，做到规范操作，安全施工。

施工前对施工操作人员进行安全、技术交底，施工人员佩戴安全帽，穿平底防滑鞋。

隧道进洞前应检查完善洞顶及洞口防排水系统，确保进洞安全。洞顶及洞口排水沟底部应全部铺砌，并用砂浆抹面，防止各种水下渗，影响隧道结构安全。

洞内施工严格控制进尺，严格按设计和施工方案施作初期支护，在上一环初支未完成前不得进入下一环开挖作业。

初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右;

中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为3～5m。

施工过程中可采用增加拱（墙）脚锁脚锚杆（管）、增设钢架拱（墙）脚部位纵向连接筋、扩大拱（墙）脚初期支护基础及增设拱（墙）脚槽钢垫板等增强拱（墙）脚承载力等措施控制变形。

中导洞与主洞平行作业时，爆破作业应注意以下几点：

（1）土质及软弱破碎围岩尽可能使用机械开挖，爆破作业应根据实际情况选择周边眼间距，并严格控制装药量。现场做好爆破点位防飞石的防护。

（2）开始装药前，先检查现场，确保在炮眼20m范围内无钻孔作业，严禁边钻孔边进行装药作业。在装药管控区域内严禁进行其他无关工作，尤其是电、气焊、金属切割等工作，所有机械必须停电停转，撤离到安全距离以外。

（3）对中隔墙采取必要的保护措施，如沙袋、橡胶垫、竹排、废旧轮胎等，降低行车速度，在施工作业地段和错车时不大于10km/h;成洞地段不大于25km/h，并在洞口和洞内设置限速牌，严禁超高、超宽、超载以及人料混载。

（4）施工便道应设专人管理，按标准要求进行维护保养，保证平整、畅通。便道两侧的垃圾和废料应随时清除。

8、环保措施

（1）认真贯彻各级政府有关环境保护的各种法律法规和方针政策，结合工程实际情况和设计图纸要求，切实按设计图纸组织实施。（2）定期对施工环境进行自检自查，主动联系环保机构，请示汇报环保工作，做到文明施工。（3）场地废料、土方废方处理，应按按照规范要求运送到指定地点处理，防止土壤资源浪费。保证水系畅通，无污染，场地干净整洁，无扬尘。施工过程中还应尽量减少对周边绿化环境的影响和破坏。（4）施工废水不得排向水源、耕地等，要采用渗井或其他措施处理。工地垃圾及时运往指定地点深埋，清洗集料机具或含有沉淀油污的操作水，采用过滤的方法或沉淀池處理，使生态环境受损减到最低程度。（5）作业场区和施工便道要定期打扫，洒水车要适时进行洒水，特殊范围内的工作人员要戴防尘面罩，控制烟尘与粉尘污染。（6）运输车辆配备两边和尾部挡板，对易飞扬的物料用篷布覆盖严，且装料适中，不得超限;场区出入口均设车辆轮胎冲洗池，要保证进出工地的车辆干净清洁，不得污染道路。（7）机械运输车辆途经居住场所时应减速慢行，不鸣笛。机械设备振动声音较大的，要加设消音罩或消声管，最大可能减少噪声的影响。采取综合治理措施，合理安排施工计划，规定噪声大、冲击性强并伴有强烈振动的活动安排在白天进行，把噪声控制在合理范围。

结语：

目前连拱隧道的主要施工方法为先完成中导洞开挖支护后再浇筑完中隔墙才开始施工正洞，施工工序多，对围岩扰动频繁，施工周期长，工效慢、成本高。104国道改建工程PPP项目东山隧道设计为双连拱隧道，具备双向掘进且地质围岩情况良好，无特殊地质情况。经项目施工技术人员反复讨论、研究，并向有关专家学者进行咨询探讨，提出了“中导洞与正洞平行”的施工方案，取得了较好的经济效益和社会效益。据此总结完成连拱隧道中导洞与正洞平行施工。

参考文献：

[1]朱正国.连拱隧道围岩压力计算方法与动态施工力学行为研究[D].北京：北京交通大学，2007.

[2]朱正国.连拱隧道围岩压力计算方法与动态施工力学行为研究[J].岩石力学与工程学报，2009，28（8）：1729.

[3]葛竞辉，林秀桂，李志刚，等.乌鲁木齐市“田字型”快速路网新建雅玛里克山双连拱隧道与既有隧道平行小净距设计施工的关键技术与应用[Z].上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，2016.

作者简介：

李凯波（1987-），男，汉族，浙江台州人，本科，工程师，研究方向：隧道施工。