山区高速公路分岔式隧道施工技术1

1、分岔式隧道施工技术本文通过对沪蓉西高速公路漆树槽隧道分岔段施工的研究和总结，从小间距 段、连拱段、大拱段的施工工艺等方面对分岔式隧道施工进行了探讨。一、论文实例工程简介：漆树槽隧道位于沪蓉国道主干线湖北恩施境内， 恩施端洞口设计高程957.798米，地形陡峭，场地狭窄。河床底部高程660米， 高差近300米。恩施端断面形式为从小间距过渡到连拱、大拱的分岔式隧道。进 洞大拱段长60.4m，连拱隧道段长100.1m，小间距隧道段长216.5m，大拱段最 大开挖高度达12m，开挖面积达240皿。工程施工的重点与难点在连拱隧道大拱 段。左右线隧道纵坡均为1.89%的下坡。分岔隧道地段有II类围岩30米

2、，W类 围岩347米。二、小间距隧道地段施工技术本隧道以“新奥法”的基本原理为依据，以“少扰动、早喷锚、勤量测、 紧封闭”为指导进行施工。由于施工横洞是分岔段隧道主要的施工通道。施工横 洞打通即进入右线主洞W类围岩SFC6类型的小间距隧道，小间距隧道开挖从进 出口两侧同时施工。施工工序见W类围岩小间距段隧道施工工序图1、开挖 右线小间距隧道采用上下台阶法施工至进入左线小间距隧道。 左右线小间距隧道初期支护与开挖工序相同。右线小间距隧道向出洞口方向段进 入SFC4断面连拱隧道后，即超前开挖中导坑与大拱段拉通,并及时施作初期支护 和中隔墙。左、右洞洞身开挖在中导坑回填和中隔墙混凝土浇筑施作完成后施

3、工。 左、右线洞身开挖时，在中夹岩体一侧采用预裂爆破，以便减少爆破对中夹岩体 破坏。小间距隧道为确保后行隧道开挖施工的顺利进行，确保开挖过程中围岩的 稳定性，在先行隧道施工时，对两隧道之间夹的岩体进行全面加固处理，以增加 中夹岩体的整体固结力，减少中夹岩体因两侧土体的挖除而产生的变形。2、支护 小间距隧道全长216.5m。采用水平贯通锚杆对中夹岩进行加固 以及采用R25自进式锚杆对中夹岩进行加固。初期支护紧跟开挖面及时施作，以 减少围岩暴露时间，抑制围岩变位，防止围岩在短期内松弛剥落。5.1.1小间距 隧道段。小间距隧道段设计衬砌型式为SFC5、SFC6二种。SFC6断面适用于W类围岩地质地段

4、小间距隧道的初期支护。全长181m，右 洞右侧和左洞左侧锚杆主要由L=3.0m,22mm钢筋早强药卷锚杆构成，全断面单 层68mm钢筋网，15cm厚C20喷射混凝土。左右洞之间内边墙原岩未开挖部分 岩柱采用L=4.0m, R25自进式锚杆，双层68mm钢筋网加喷射混凝土加固，SFC6 断面分右侧主洞和左侧主洞施工。主洞上半断面开挖后，支护先施作拱部初期支 护，再交错开挖下半断面，施作下半断面两侧边墙初期支护。小间距隧道为确 保后行隧道开挖施工的顺利进行，确保开挖过程中围岩的稳定性，在先行隧道施 工时，需对两隧道之间夹的岩体进行全面加固处理，以增加中夹岩体的整体固结 力，减少中夹岩体因两侧土体的

5、挖除而产生的变形。SFC5断面适用于W类围岩地质地段小间距隧道的初期支护。全长35.5m，右 洞左侧和左洞右侧锚杆主要由L=3.5m,22mm钢筋早强药卷锚杆构成，右洞右侧 和左洞左侧锚杆主要由L=3.0m,22mm钢筋早强药卷锚杆构成，全断面单层6 8mm钢筋网，15cm厚C20喷射混凝土。左右洞之间内边墙原岩未开挖部分岩柱 采用纵向间距为100cm,25mm预应力钢筋，双层6 8mm钢筋网加喷射混凝土加 固。SFC5断面分右侧主洞和左侧主洞施工。主洞上半断面开挖后，支护先施作 拱部初期支护，再交错开挖下半断面的两侧，施作下半断面两侧初期支护。三、连拱隧道地段1开挖 小间距地段连接连拱隧道，

6、全长100.1mII、III类围岩地段连拱隧 道采用“中洞先行，主洞正台阶半断面先拱后墙法”施工。中导洞开挖断面为 5mX6m，其支护后的净空刚好满足柳工产50B装载机出碴。在左右主洞开挖之前， 先进行中导坑连续开挖和支护，在连拱隧道中导坑全部施工完毕与大拱段连通 后，再进行中隔墙的混凝土浇筑。为平衡一侧隧道拱圈推力，在主洞开挖之前， 中隔墙的一侧要进行回填。所有中隔墙要自洞内向洞口的方向浇筑，以便施工能 顺利进行。2支护 分岔段隧道因为断面大，地质情况复杂，设计采用了普通锚杆喷射 混凝土结合超前自进式锚杆、钢拱架、预应力锚杆等辅助支护措施进行初支加强。 SFC4断面分右侧主洞和左侧主洞施工。

7、主洞上半断面开挖后，支护先施作拱部 初期支护，再开挖下导坑，施作下导坑初期支护，下导坑初期支护在二次衬砌 浇筑后再进行拆除。中隔墙混凝土浇筑紧跟。主要支护形式有SFC3a，SFC3b， SFC4。SFC3a断面适用于W类围岩地质较差地段的初期支护。全长44.2m, (2)SFC3b 断面SFC3b断面适用于连拱隧道II类围岩地段的初期支护。全长30m，主洞主要 由主要由R32超前自进式锚杆，D25中空锚杆L=3.5m,间距120cmX75cm； 20b 工字钢架，纵距75cm；双层68mm钢筋网，网格间距20X20cm ； 28cm厚C20 喷射混凝土组成，设仰拱。SFC4断面适用于连拱隧道W

8、类围岩地质较差地段的初期支护。全长25.9m，连拱隧道的施工详见图3-1 II类围岩地段连拱隧道施工工序图和图3-2 W 类围岩地段连拱隧道施工工序图。图2-1 W类围岩小间距段隧道施工工序图1、主要施工工序：1开挖右洞上半断面，上半断面超前下半断面15-20米；2施作右洞拱部初期支护；3开挖右洞下半断面；4施工右洞边墙初期支护；5开挖左洞上半断面；6施作左洞拱部初期支护；7开挖左洞下半断面；8施工左洞边墙初期支护；9施工左右洞室二次衬砌。2、采用台阶法开挖，每循环进尺控制在1.21.5米。严禁深孔爆破以便最大限度保护洞室周边岩体的完整性。3、两洞室内侧要求采用预裂爆破，拱部及外侧采用光面爆破

9、。4、本图按右洞先开挖设计。左洞右洞图4-3 II、IH类围岩连拱隧道施工工序图附注：1、在侧导坑边墙部二次衬砌强度达到设计强度后才能进行相应地段主洞开挖。2、先期进行开挖的主洞应与中隔墙回填抵抗方向一致，本设计为从左洞开始。3、左侧主洞主要施工工序如下：1开挖左侧主洞上半断面（采用弧形开挖法，如果有超前支护应先期施作）；2施作拱部初期支护；拆除中导坑左侧支护以及左侧导坑内侧支护（根据下一步二次衬砌浇筑长度确定）；浇筑拱部二次衬砌；5开挖核心土（根据下一步仰拱浇筑长度确定）；6浇筑仰拱衬砌；4、右侧主洞主要施工工序如下：7开挖右侧主洞上半断面（采用弧形开挖法，如果有超前支护应先期施作）；8施作

10、拱部初期支护；拆除中导坑右侧上部支护以及右侧导坑内侧支护（根据下一步二次衬砌浇筑长度确定）；|：|：浇筑拱部二次衬砌；11开挖核心土以及拆除中导坑回填（根据下一步仰拱浇筑长度确定）；12浇筑仰拱衬砌；5、同一端洞口左右侧主洞的施工掌子面应滞后20米以上，时间应滞后20天以上。6、关于二次模筑衬砌到掌子面的最大间距（I ）作如下说明：-、对于II类围岩地段，埋深HW20米时，I 15米；埋深HN20米时，I 10米；I、对于III类围岩地段，埋深H20米时，I 20米；埋深HN20米时，I 15米；、对于W、V类围岩地段，原则上初期支护能够保证洞室稳定，但是仍建议I 35米；7、为保证施工过程与

11、设计模式相一致，施工过程中应严格按照本设计步骤进行。8、施工中必须坚持弱爆破、短进尺、强支撑、勤量测的原则，合理确定施工开挖步骤和循环进尺，避免放大炮。9、施工中必须加强施工过程中的监控量测工作，以利设计与施工密切配合，及时发现施工过程中出现的问题，使隧道结构安全、合理。10、本图示意主要针对ILIII类围岩地段，W、V类围岩地段仅采用中导坑辅助施工。一、中导坑施工工序：中导坑开挖一中导坑支护一浇筑中隔墙。图4-4 W类围岩连拱隧道施工工序图附注：1、w类围岩采用上下台阶留核心土法开挖。2、先期进行开挖的主洞应与中隔墙回填抵抗方向一致，本设计为从右洞开始。3、右侧主洞主要施工工序如下：1开挖右

12、侧主洞上半断面（采用弧形开挖法，如果有超前支护应先期施作）；2施作拱部初期支护；开挖下导坑；施作下导坑初期支护；5浇筑二次衬砌；6拆除中导坑右侧支护、开挖核心土；4、左侧主洞主要施工工序如下：7开挖左侧主洞上半断面（采用弧形开挖法，如果有超前支护应先期施作）；8施作拱部初期支护；开挖下导坑；归施作下导坑初期支护；11浇筑二次衬砌；12拆除中导坑左侧支护、开挖核心土；5、为保证施工过程与设计模式相一致，施工过程中应严格按照本设计步骤进行。6、施工中必须坚持弱爆破、短进尺、强支撑、勤量测的原则，合理确定施工开挖步骤和循环进尺，避免放大炮。7、施工中必须加强施工过程中的监控量测工作，以利设计与施工密

13、切配合，及时发现施工过程中出现的问题，使隧道结构安全、合理。四、大拱隧道地段1开挖漆树槽隧道恩施端明洞后接一段大拱隧道，全长60.4m。大拱隧道的施 工详见大拱隧道进洞及洞口加强段、断层破碎带地段，为改善围岩状态，提高围 岩自身的自稳能力，防止可能发生的坍塌，按设计要求采用超前自进式锚杆进行 开挖前的预支护。大拱段采用上、下断面法进行开挖，上半断面开挖高度6m， 宽度21m。开挖时严格按照短进尺、弱爆破、强支护、紧衬砌的原则施工。循环 进尺控制在1.0 m以内，使初期支护尽早封闭成环。下半断面边墙采用错开马口 跳槽开挖，马口开挖长度小于3m，随掘随支。核心土在大拱外衬施作后开挖， 为避免爆破对

14、混凝土的影响，核心土开挖采用松动爆破法施工，主要依靠机械清 除松散围岩。2支护 分岔式大拱段采用SFC2支护形式。SFC2断面适用于洞口大拱。全 长60.4m，主要由25预应力锚杆，L=6m,22mm钢筋径向锚杆，L=3.5m, 20 工字钢拱架，洞口段20m加密，25cm厚C20喷射混凝土组成；6 25预应力锚杆， 22mm钢筋径向锚杆长短结合布置，锚杆的尾端与钢拱架连成整体。SFC2大拱因断面大，超前支护完成后，开挖分为上半断面拱部、下半断面边墙、 中部核心土体三个部分，相应的初期支护同样严格按照这三个部分实施。其中， 中部核心土体开挖后，立即施作中隔墙衬砌。SFC2大拱隧道的初期支护施工

15、详 见图4-5分岔段大拱隧道施工工序图。3预应力锚杆施工预应力锚杆施工工艺如下：开挖后先初喷3-5 cm砼对周边围岩进行封闭并架立好钢支撑及施作3.5 米长系统锚杆。在拱部范围内确定预应力锚杆孔位、钻机就位、调整角度、钻孔并清孔。安装锚杆，锚杆头部安装有环氧树脂(2040cm)锚头，锚头之后包裹 70cm左右药卷，然后顶紧。一次性注浆完毕达到要求后施加预应力至设计值。注浆采用水泥砂浆， 并确保锚孔内注浆饱满。等待2小时左右后，施加预应力，一般在IV类围岩地段施加80100KN 的预应力(采用锚杆拉拨仪换算公式为：Y=3.38107X-0.994, Y 一为设计的预应 力，X一为锚杆拉拨仪的读数

16、，经计算锚杆拉拨仪的读数为：22-27.4Mpa)，局 部围岩较完整地段可施加3050KN预应力。预应力施工机械选用锚杆拉拨仪，张拉按程序进行，边张拉边用扳手旋 紧锚固体上的螺栓，当张拉器预加拉应力达到设计值时，固定好锚固体的螺栓。预应力钢筋张拉按照程序进行，在编排张拉程序时，考虑了相邻钻孔预 应力筋张拉的相互影响，施工时采用对称张拉并跳孔施作。预应力筋正式张拉前，取20%的设计张拉荷载，对其张拉12次，使其 各部位接触紧密，钢筋完全平直。预应力锚杆施作完毕后，其尾端尽量与相邻钢拱架焊成一体。同时开始施作喷射混凝土至设计厚度。(10)工艺流程图见图5-2预应力锚杆施工工艺图:图5-2预应力锚杆

17、施工工艺图图4-5分岔段大拱隧道施工工序图施工工序如下：开挖上半断面拱部；施作拱部初期支护；施作拱部钢筋混凝土衬砌；开挖中部核心土体；施作中隔墙；开挖两侧边墙；施作两侧边墙部初期支护；施作两侧边墙钢筋混凝土衬砌;施作内部衬砌。4大拱洞身衬砌施工方法衬砌分步施工主要是考虑大拱跨度太大，混凝土厚度达60cm，钢模架不但 要承受很大的垂直荷载，还受剪切力作用，受力条件对模架本身结构和支撑结构 的刚度、强度要求很高，工作面平台搭建工作量大，衬砌周期较长，无法实现快 速衬砌支护的目的。因此，在充分考虑各方面因素后，我们认为大拱段衬砌应该 分为拱部和边墙两个部分施工，先拱后墙法在及时施工了拱部钢筋混凝土衬

18、砌 后，可以有效发挥钢筋混凝土的作用，提高支护结构的强度和刚度，保证隧道结 构的稳定和安全，在工序转换上也可以实现多工序平行作业，缩短工期。另外， 由于大拱段施工和21标支井河特大桥施工相互干扰很大。目前，大拱段上断面 即将开挖完毕，而21标支井河特大桥的缆索吊准备开挖基础，由于两个标段干 扰很大，因此漆树槽隧道大拱落底开挖施工已无法进行，而上半断面开挖支护后 悬空时间也不宜过长。从安全和减少对21标施工干扰的角度考虑，也只有采用 先拱后墙法来施工混凝土，而先拱后墙法施工混凝土衬砌在工艺实施和质量控制 等方面的不足，完全可以通过规范施工，加强管理来改善。4.1大拱外衬混凝土施工方法4.1.1工

19、艺特点：拱部先衬，钢筋混凝土衬砌可以及时发挥作用，提高支护结构的刚度和强 度，可有效减轻围岩变形，对于保证初期支护结构的安全和稳定性有利；在先施工的混凝土衬砌拱圈的保护下进行各工序的作业，施工较安全；拱部先衬，工作面多，工序间可以相互拉开，适合于多安排劳动力和机械作 业,可以减少工序上时间的浪费，节约时间，利于工期；拱部先衬，可以减轻混凝土自重、混凝土浇筑荷载对模板和支撑结构的强 度要求，减少支撑工作量，利于工期。地质条件发生变化时，改变施工方法较容易。4.1.2施工步骤：上半断面拱部开挖一一上半断面拱部初支一一上半断面拱部钢筋安装一一 上半断面拱部混凝土衬砌一一核心土开挖一一中隔墙钢筋安装一一中隔墙混凝 土浇筑一一下半断面边墙错马口开挖一一下半断面边墙初支一一下半断面钢筋 安装一一下半断面边墙混凝土衬砌4.1.3施工措施：上半断面拱部混凝土衬砌采用自制拱架支撑，组合钢模板，顶部利用核心 土加竖撑支撑，拱架下部利用脚手架钢管拼装成的轨行式支撑，长度5m。拱架 采用43kg/m钢轨加工，模板采用外接1.2mX0.3m钢模板。拱部混凝土衬砌，在拱脚基础处打6 22锁脚锚杆，施作纵向托梁，并预 留下沉变形量10-30mm（见图7-1）。为避免拱部混凝土衬砌出现下沉、拉