连拱隧道开挖方法对施工进度的影响

发布于:2021-11-27 22:40:03

总第 124 期

         西部探矿工程 series No . 124                       2006 年第 8 期 W EST - C H INA EXPLORA TION EN GIN EERIN G Aug. 2006

文章编号 :1004 — 5716 ( 2006) 08 — 0149 — 02

? 隧道工程 ?

连拱隧道开挖方法对施工进度的影响
翟本超1 ,张建国2

( 1. 重庆正大工程监理咨询有限公司 ,重庆 400000 ; 2. 路桥二公局三公司 ,陕西 西安 710000)

摘   : 连拱隧道开挖方式对施工进度 、 要 围岩稳定和工程造价等关系密切 。结合现场工程实践 ,讨论两车道连拱隧道 Ⅳ 级围岩条件下钻爆施工时 ,三导洞先墙后拱和中导洞上下台阶先拱后墙两种工法的利弊 ,及其对施工进度的影响 ,可供 连拱隧道施工方法的选择参考 。 关键词 : 连拱隧道 ; 开挖方法 ; 中导洞 ; 台阶法    连拱隧道作为一种较为新型的隧道结构形式 , 由于在选线 、 征地等方面存在较大的优势 , *年来在高速公路的建设中越来 越多的涌现 。但是相对独立双洞隧道 ,连拱隧道通常施工工序复 杂 ,工期较长 ,造价较高 ,特别需要根据现场实际情况 , 采用经济 合理的开挖方式 ,以达到良好的技术经济效果 。 目前连拱隧道的开挖方法 , 普遍采用中导洞先行 , 正洞可根 据围岩具体情况 ,采用侧导洞或上下台阶法开挖方式 。对于 2 车 道连拱隧道的 Ⅱ 类围岩地段 , 一般采用三导洞方式开挖 , 即中导 洞施工 、 中隔墙浇筑完成后 ,正洞施工采用侧导坑方案 ; 而对于 Ⅲ 类围岩地段 ,施工方式相对比较灵活 , 三导洞方案与上下台阶法 方案同时并存 。 仲溪隧道为湖南省常吉高速公路一双向四车道连拱短隧 道 ,起讫桩号 K187 + 216~ K187 + 387 , 全长 171m 。隧道限界净 宽 2 × 75m ,限界净高 5. 0m 。隧道偏压影响较大 , 围岩为强 9. 弱风化钙 、 泥质砂岩 , 以 Ⅱ、 Ⅲ类 ( Ⅴ、 Ⅳ级 ) 围岩为主 , 在原设计 中 , Ⅱ、 类围岩地段在中导洞施工 、 Ⅲ 中隔墙浇筑完成后 , 正洞施 工采用侧导坑方案 [1 ] 。 连拱隧道开挖方式对施工进度等方面有较大的影响 [2 ] , 目 前相关的规范对于连拱隧道开挖方式没有具体的规定 [3~4 ] 。在 分析连拱隧道开挖方式对围岩稳定性的影响基础上 , 讨论三导 洞方案与上下台阶法方案的优缺点 , 探讨 2 种开挖方式的适用 性 ,及其对施工进度的影响 。结合常吉高速公路仲溪隧道具体条 件 ,确定较为合理隧道开挖方法 ,取得了较好效果 。
1  爆破和初期支护对围岩稳定性的影响

期支护关系密切 ,不仅影响围岩应力释放 , 还影响整个断面初期 支护施作顺序以及闭合时间 ,由此也影响初期支护效果 。
2  开挖方式对施工进度的影响

不同的开挖方式对施工工序 、 技术 、 机械 、 人员等因素有不同 的要求 。隧道与地面结构物不同 , 其工作面狭窄 , 施工难以多点 展开 。在分块开挖的情况下 , 要考虑到各个小坑道的相互影响 , 开挖支护作业必须错开一定距离 。同时只能使用小型机具 ,作业 环境恶劣 ,效率低下 。因此 ,在围岩条件允许 ,施工安全及质量有 可靠保证的前提下 ,尽量采用大断面开挖 ,使用大型机械 ,可以达 到快速施工的目的 。这里综合分析三导洞先墙后拱法与中导洞 上下台阶先拱后墙法的对比 。 图 1 和图 2 为 2 车道高速公路连拱隧道三导洞先墙后拱法 、 中导洞上下台阶先拱后墙法开挖设计图 。

图1  三导洞先墙后拱法施工工序图

山岭隧道的开挖方式多采用钻爆法施工 。新奥法理论强调 围岩的自承作用 。因此施工过程中 , 应尽量减少对围岩的扰动 。 实际施工多采用光面爆破或预裂爆破 。应该指出的是 ,光面爆破 是一项技术性很强的工作 ,影响的因素很多 , 在现场往往难以达 到理想的光爆效果 ,超 、 欠挖现象不易控制 。由于爆破会使一定 范围内围岩松动 ,当采取分块开挖时 ,围岩受到爆破多次扰动 ,从 而影响围岩的稳定性 。 初期支护的及时施作对围岩的稳定性影响很大 , 及时封闭 围岩一方面对围岩施加径向抗力 , 改善围岩的受力状态 ; 另一方 面可以防止由于围岩局部松动引发的失稳破坏 。开挖方式与初

   1 中各施工工序说明如下 : (1) 开挖中导洞 →(2) 施作中导 图 洞初期支护 →( 3) 施作中隔墙并回填右侧夯填土及回填砼 →( 4 ) 开挖左洞侧导洞 →( 5) 施作左洞侧导洞初期支护 ( 围岩变形较大 时 ,须同时施工防水层及二次衬砌边墙) →(6) 开挖左洞上台阶 → ( 7) 施作左洞上部初期支护 ( 围岩变形较大时 ,须同时施工防水层 及二次衬砌边墙) →( 8) 开挖左洞下台阶 →( 9 ) 施作左洞防水层 、 二次衬砌及仰拱 →( 10) 开挖右洞侧导洞 →( 11 ) 施作右洞测导洞 初期支护 ( 围岩变形较大时 ,须同时施工防水层及二次衬砌边墙) →( 12) 开挖右洞上台阶 →( 13) 施作右洞上部初期支护 ( 围岩变形

中图分类号 : U4551 4   文献标识码 :B

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较大时 ,须同时施工防水层及二次衬砌边墙 ) →( 14 ) 开挖右洞下 台阶 →( 15) 施作右洞防水层 、 二次衬砌及仰拱 。 图 2 中各施工工序分别为 : ( 1) 开挖中导洞 →( 2) 施作中导洞 初期支护 →(3) 施作中隔墙及右洞横支撑 →(4) 开挖左洞上台阶 →
(5) 施作左洞上台阶初期支护 →( 6) 开挖左洞下台阶 →( 7) 施作左

洞施工 、 中隔墙浇筑完成后 , 主洞采用台阶法施工 。施工中克服 了仲溪隧道偏压等多种不利因素 , 加快了施工进度 , 降低了工程 造价 ,效果较好 。
表1  三导洞先墙后拱法和中导洞上下台阶先拱后墙法的对比 影响因素 掌子面 稳定性 开挖 跨度 围岩 变形量 爆破作 业影响 三导洞先 中导洞上下台 墙后拱法 阶先拱后墙法 较好 较小 较小 严重 较差 稍大 较大 轻微 说明 侧导洞开挖时 ,主洞上台阶掌子 面稳定性较好 侧导洞开挖 ,中洞断面开挖跨度 相应减小 ,对围岩稳定性有利 三导洞开挖断面小 , 初期支护及 时 ,有效的控制围岩变形 侧导洞开挖 , 多一次爆破作业 , 对围岩稳定性不利 先墙后拱 ,主洞边墙永久支护能 及时施作 , 后续上台阶开挖 , 初 期支护传力良好 ; 先拱后墙 , 下 台阶扩挖对上部初期支护扰动 较大 断面开挖块数多 , 对围岩扰动次 数增加 。 侧导洞开挖方案 , 增加侧导洞开 挖与临时支护工序 侧导洞需先行 ,并与上台阶拉开 一定距离 ,造成较大的施工干扰 增加侧导洞临时支护数量 由于分块开挖断面较小 , 三导洞 开挖方式要求小型的机械设备 , 不利于机械化施工 ; 而中到洞开 挖方式断面大 ,可以使用大型机 械设备 三导洞开挖工序多 , 干扰大 , 采 用小型机具 ,影响施工进度 三导洞开挖施工进度慢 , 增加临 时支护 ,工程造价较大

洞下部初期支护 →( 8) 施作左洞防水层 、 二次衬砌 →( 9) 开挖右洞 上台阶 →(10) 施作右洞上部初期支护 → 开挖右洞下台阶 →( 11) 施 作右洞下部初期支护 →(12) 施作右洞防水层及二次衬砌 。

初期支护 先墙后拱 施作方式 图2  中导洞上下台阶先拱后墙法

先拱后墙

断面开 挖块数 施工工序 施工干扰 临时支 护数量

较多 较多 严重 较多

较少 较少 轻微 较少

2 种开挖方式的差异主要是主洞开挖时 ,是否采取侧导洞方

案 ,三导洞先墙后拱法主洞开挖采用侧导洞 ; 而中导洞上下台阶 先拱后墙法是中导洞开挖 , 中隔墙施作后 , 主洞采用台阶法 。开 挖方式的不同将对于围岩稳定 、 施工进度等有不同的影响 。三导 洞先墙后拱法和中导洞上下台阶先拱后墙法综合对比如表 1 所 示。    从表 1 中 12 个方面的综合对比可以看出 , 三导洞法先墙后 拱法的优点在于减小开挖断面 , 必要时可以及时施作主洞边墙 永久支护 ,控制围岩的变形量 ,拱部开挖不会扰动边墙 ,初期支护 传力良好 ,有利于围岩稳定 。然而也存在爆破扰动和施工干扰等 不利因素 。中导洞先拱后墙法在施工方面具有很大优势 ,同时对 围岩的扰动次数较少 , 但是先拱后墙方扩挖边墙时会对拱部支 护造成一定的影响 。    因此 ,对于 2 车道高速公路连拱隧道进出口 Ⅱ ( Ⅴ ) 围岩 类 级 地段 ,需要控制围岩的变形量 , 宜采用三导洞先墙后拱法方式开 挖 ,即中导洞施工 、 中隔墙浇筑完成后 , 正洞施工采用侧导坑方 案 ; 而对于 Ⅲ 类围岩连拱隧道 , 三导洞先墙后拱法施工存在的不 利因素较多 ,一般设计侧导洞临时支护参数较弱 , 钻爆作业严重 影响稳定 ; 中导洞上下台阶先拱后墙法施工方便 , 由于开挖引起 的扰动次数小 ,但开挖断面较大 , 开挖后围岩应力释放引起应力 重分布范围相应增大 ,由此隧道周边的变形量增大 。在施工中可 根据具体情况采取短进尺 ,必要时预留核心土环形开挖 , 控制下 台阶一次开挖长度 ,做好拱脚的加固工作 , 防止拱圈悬臂过长而 可能导致混凝土拉裂 ,可以以弥补其开挖方式的不足 , 在保证安 全的前提下加快施工进度 ,取得较好的技术经济效果 。 仲溪隧道原设计中 , Ⅱ、 类 ( Ⅴ、 级) 围岩地段在中导洞施 Ⅲ Ⅳ 工、 中隔墙浇筑完成后 ,正洞施工采用侧导坑方案 ,即采用三导洞 先墙后拱法方案 。通过以上的综合分析 ,我们根据仲溪隧道具体 条件 ,在进出口 Ⅱ ( Ⅴ ) 围岩地段采用了侧导坑先行 , 而在 Ⅲ 类 级 类 ( Ⅳ ) 围岩地段 ,采用了中导洞上下台阶先拱后墙法 , 即中导 级

机械设 备要求

小型 机具

基本不 受限制

施工进度 工程造价

较慢 较大

较快 较小

3  结束语

结合现场工程实践 , 分析了连拱隧道开挖方式对围岩稳定 性的影响 ,讨论 2 车道连拱隧道 Ⅳ 级围岩条件下钻爆施工时三导 洞先墙后拱和中导洞上下台阶先拱后墙两种工法的利弊 , 对于 两种工法方法进行了综合对比分析 。通过连拱隧道开挖方式对 于隧道施工进度 、 围岩稳定 、 结构受力和工程造价等多方面的考 虑 ,选择合理的开挖方式 ,可以产生良好的技术经济效益 。
参考文献 :
[1] [2] [3] [4]

湖南省交通规划设计院 . 长沙至重庆通道湖南省常德至吉首高速公 路第 26 合同段仲溪隧道施工图设计 [ R ]1 2004. 交通技术 ,2003. 通出版社 ,2004. 民交通出版社 ,1995. 周玉宏 , 赵燕明 , 程崇国 1 连拱隧道施工方案的应力分析 [J ] . 公路 中华人民共和国行业标准 1 公路隧道设计规范 [ S ] . 北京 : 人民交 中华人民共和国行业标准 1 公路隧道施工技术规范 [ S ] . 北京 : 人


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