四线双连拱隧道施工技术研究方案

1、中铁十八局集团有限公司摘 要:结合宜万铁路白云山四线双连隧道建设实际，首先对衬砌结构及中隔墙进行受力分析,然后在考虑围岩情况、安全、进度、效益等因素的情况下，研究双连拱隧道的施工技术，该技术可供同类工程借鉴和参考。白云山隧道位于宜昌市点军区和长阳县高家堰镇之间，是宜万铁路重点控制工程之一,全长6827 m 705 m，大跨双线 182 m，燕尾段366 m，其余均为单线隧道，右侧设长为 6854 m 的贯通平导。该隧道地质情况复杂，溶洞、暗河、落水洞、漏斗及岩溶洼地等岩溶现象多见。隧道穿越天阳坪区域断裂，穿越纸厂湾、猴子洞、耗子洞等3 个暗河系统，区内发育5 正常涌水量 167354 m 3

2、/d，易发生突水突泥。地层为寒武系上统三游洞群，岩石主要为白云岩、泥质灰岩。白云山隧道进口围岩为、级。岩层为水平层，节理裂隙发育.最大开挖宽度28。005 m。高度12.686 m。衬砌断面形式如图1所示(级段衬砌断面不带仰拱衬砌厚40 cm）.图1 四线双连拱隧道衬砌断面（单位：cm）由于四线双连拱隧道断面比较大，其受力结构比较复杂.有关人员研究发现，隧道二次衬砌的轴力随着隧道上覆荷载的增大而增大，最大轴力值分布于中隔墙,其次是仰拱和边墙的结合部位(边墙和仰拱主要受压.因此，隧道开挖必须进行光面爆破.开挖轮廓线要圆顺,特别是尽量避免拱腰、拱脚处应力集中。二次衬砌时，边墙和仰拱结合部位的钢筋绑

3、扎必须到位，并做好接头处理.连拱隧道的中隔墙受到两主洞施工时各个方向反复荷载和拱顶以上荷载的作用，受力十分复杂，压、拉、弯、剪均有，内力经常发生变化,主要发生5次明显的内力转换(见图2)。但由于地质及施工原因。荷载作用方向的不确定性使内力转换更加复杂。由于中隔墙断面比较大,这一阶段受力比较稳定。如果隧道存在偏压,中隔墙还受偏压荷载的作用.开挖左洞时，破坏了开挖中导洞后围岩形成的稳定，整个隧道产生了偏压。中隔墙主要承受拱顶压力和右洞偏压形成的侧压力 F右。中隔墙属于偏心受压结构，此时中隔墙主要抗剪、抗弯，必须验算抗倾覆力矩。左洞开挖后，立即进行初期支护，拱部采用25mm 中空注浆锚杆,喷C25

4、钢纤维混凝土，及时封闭围岩裂隙，抑制围岩变形,并且衬砌紧跟。左洞同样对中隔墙产生侧压力，此时中隔墙承受的偏心荷载方向和大小取决于 F左 与 F右 的大小。开挖右洞时,左洞形成了偏压。中隔墙受到向右的侧压力 F左不变，但是F右减小，因此中隔墙主要受到竖向压力和向右的水平推力 F左。（ 5 ）右洞支护衬砌完毕阶段由于左右洞均已成形，受到的侧压力为0（F右 F左 0），中隔墙主要承受竖向力,受力稳定 。四线双连拱隧道高跨比很小（h/l0.4）。结构受力比较复杂，施工方法或施工工艺选择不当，将极有可能造成双连拱隧道大面积垮塌、二次衬砌裂缝、中隔墙渗透水等危害。根据白云山隧道工程地质及水文地质条件，采用

5、中导洞先行。两侧台阶法跟进的方式开挖。开挖工序为：中导洞开挖支护灌筑中隔墙混凝土左洞上导坑开挖支护左洞下导坑开挖支护左洞衬砌右洞上导坑开挖支护右洞下导坑开挖支护右洞衬砌。为了保证进洞安全，洞口均要施作超前支护。超前支护的形式要根据围岩级别、工程地质、在洞口拱部施作长1m并做好防排水。中导洞作为一个辅助导坑，其结构形式和大小对工程进度、安全及经济效益有很大的影响.由于白云山隧道属于特长隧道,工期紧，地质条件复杂，经过方案比选，四线双连拱隧道段采用中洞法施工。中导洞宽7.2 m,高8.25 m.非对称断面，拱部为半径36 m的半圆拱(见图3）。此段围岩为、级，岩溶裂隙发育，极不稳定。级围岩地段喷厚

6、510 cm的C20混凝土进行临时支护，级围岩地段喷厚1015 cm的C20混凝土进行临时支护，局部设置22 mm的砂浆锚杆，在围岩较破碎的地图3 中导洞法开挖(单位：cm）按照普氏理论，四线双连拱隧道松弛塌落范围显然要比单幅隧道大得多，作用在支护衬砌结构上的荷载要比单幅隧道大得多，这些荷载大部分由中隔墙钢筋混凝土承担。因此在中导洞施工过程中必须尽可能保护好中隔墙上部的围岩体,以保证隧道的整体稳定性 。中隔墙施工应紧跟中导洞开挖，每 10 m 一个循环，先施工中隔墙基础,达到强度后再施工墙身。施工缝是中隔墙受力的软弱面，每次必须凿毛处理.连接筋严格按要求焊接牢固.中隔墙顶部是各种荷载的作用点，

7、因此必须采用同级混凝土回填，与中导洞拱部密贴 。为了便于进行施工组织，不影响施工进度，首先施工左洞。右洞作为施工大跨双线段、燕尾段及单线隧道的主要通道。左洞贯通后,把风、水、电管路移至左线,利用左线作为施工的通道，然后施工右洞。左洞采用台阶法开挖，上下台阶相隔不超过 20 m 。在开挖过程中，及时封闭围岩，充分发挥围岩的自稳能力。围岩为 级地段和进口衬砌段，拱墙均采用C25 喷钢纤维混凝土，湿喷法施工，钢纤维掺量 50kg /m 3。仰拱喷混凝土采用网喷,环向 8 mm、纵向采用 6mm 的钢筋，钢筋网格为 20 cm 20 cm 。系统锚杆采用25 mm中空注浆锚杆，长3.5 m 1.0 m

8、 1。2 m (纵 横），梅花形布置。在围岩为 级地段，初期支护仍采用C25 喷钢纤维混凝土，系统锚杆采用中空注浆锚杆,梅花形布置 。由于中隔墙受力比较复杂，在第二阶段属于偏心受压结构，是受力最不利工况，因此必须衬砌紧跟，抵御右洞产生的侧压力，保证施工安全,衬砌离开挖掌子面的距离最好在 40m 左右，各工序既不互相干扰，又使围岩开挖不暴露很长时问,围岩变形已基本稳定,水平收敛和拱顶下沉均符合规范要求.围岩为 级地段和进口衬砌段，衬砌C30 钢筋混凝土，厚50 cm C25 混凝土，仰拱和仰拱填充分开浇筑。围岩为 级地段，衬砌 C30 钢筋混凝土，厚40 cm 。浇筑二次衬砌时,一定要参考围岩的监控量测数值，了解围岩的收敛速率，选择合适的浇筑时机，以防在隧道个别部位出现受拉、受压破坏。四、综合超前地质预测预报白云山隧道地质复杂，岩溶发育，其涌水突泥等突发性地质灾害将严重危及施工安全,风险大。因此，在施工中采用了包括 TSP203 、红外探水、地质雷达、超前炮眼、超前水平钻孔和常规地质分析相结合的方法,相互验证、补充的综合超前地质预测预报手段，并把地质工作纳入正常施工工序 。五、结论合考虑施工安全、工程进度、经济效益等方面的因素。（2）中洞法在连拱隧道施工中既能保证施工安全，又能保证工