山區(qū)高速公路分岔式隧道施工技術(shù)1

1、分岔式隧道施工技術(shù)本文通過對滬蓉西高速公路漆樹槽隧道分岔段施工的研究和總結(jié)，從小間距 段、連拱段、大拱段的施工工藝等方面對分岔式隧道施工進行了探討。一、論文實例工程簡介：漆樹槽隧道位于滬蓉國道主干線湖北恩施境內(nèi)， 恩施端洞口設(shè)計高程957.798米，地形陡峭，場地狹窄。河床底部高程660米， 高差近300米。恩施端斷面形式為從小間距過渡到連拱、大拱的分岔式隧道。進 洞大拱段長60.4m，連拱隧道段長100.1m，小間距隧道段長216.5m，大拱段最 大開挖高度達12m，開挖面積達240皿。工程施工的重點與難點在連拱隧道大拱 段。左右線隧道縱坡均為1.89%的下坡。分岔隧道地段有II類圍巖30米

2、，W類 圍巖347米。二、小間距隧道地段施工技術(shù)本隧道以“新奧法”的基本原理為依據(jù)，以“少擾動、早噴錨、勤量測、 緊封閉”為指導進行施工。由于施工橫洞是分岔段隧道主要的施工通道。施工橫 洞打通即進入右線主洞W類圍巖SFC6類型的小間距隧道，小間距隧道開挖從進 出口兩側(cè)同時施工。施工工序見W類圍巖小間距段隧道施工工序圖1、開挖 右線小間距隧道采用上下臺階法施工至進入左線小間距隧道。 左右線小間距隧道初期支護與開挖工序相同。右線小間距隧道向出洞口方向段進 入SFC4斷面連拱隧道后，即超前開挖中導坑與大拱段拉通,并及時施作初期支護 和中隔墻。左、右洞洞身開挖在中導坑回填和中隔墻混凝土澆筑施作完成后施

3、工。 左、右線洞身開挖時，在中夾巖體一側(cè)采用預裂爆破，以便減少爆破對中夾巖體 破壞。小間距隧道為確保后行隧道開挖施工的順利進行，確保開挖過程中圍巖的 穩(wěn)定性，在先行隧道施工時，對兩隧道之間夾的巖體進行全面加固處理，以增加 中夾巖體的整體固結(jié)力，減少中夾巖體因兩側(cè)土體的挖除而產(chǎn)生的變形。2、支護 小間距隧道全長216.5m。采用水平貫通錨桿對中夾巖進行加固 以及采用R25自進式錨桿對中夾巖進行加固。初期支護緊跟開挖面及時施作，以 減少圍巖暴露時間，抑制圍巖變位，防止圍巖在短期內(nèi)松弛剝落。5.1.1小間距 隧道段。小間距隧道段設(shè)計襯砌型式為SFC5、SFC6二種。SFC6斷面適用于W類圍巖地質(zhì)地段

4、小間距隧道的初期支護。全長181m，右 洞右側(cè)和左洞左側(cè)錨桿主要由L=3.0m,22mm鋼筋早強藥卷錨桿構(gòu)成，全斷面單 層68mm鋼筋網(wǎng)，15cm厚C20噴射混凝土。左右洞之間內(nèi)邊墻原巖未開挖部分 巖柱采用L=4.0m, R25自進式錨桿，雙層68mm鋼筋網(wǎng)加噴射混凝土加固，SFC6 斷面分右側(cè)主洞和左側(cè)主洞施工。主洞上半斷面開挖后，支護先施作拱部初期支 護，再交錯開挖下半斷面，施作下半斷面兩側(cè)邊墻初期支護。小間距隧道為確 保后行隧道開挖施工的順利進行，確保開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性，在先行隧道施 工時，需對兩隧道之間夾的巖體進行全面加固處理，以增加中夾巖體的整體固結(jié) 力，減少中夾巖體因兩側(cè)土體的

5、挖除而產(chǎn)生的變形。SFC5斷面適用于W類圍巖地質(zhì)地段小間距隧道的初期支護。全長35.5m，右 洞左側(cè)和左洞右側(cè)錨桿主要由L=3.5m,22mm鋼筋早強藥卷錨桿構(gòu)成，右洞右側(cè) 和左洞左側(cè)錨桿主要由L=3.0m,22mm鋼筋早強藥卷錨桿構(gòu)成，全斷面單層6 8mm鋼筋網(wǎng)，15cm厚C20噴射混凝土。左右洞之間內(nèi)邊墻原巖未開挖部分巖柱 采用縱向間距為100cm,25mm預應(yīng)力鋼筋，雙層6 8mm鋼筋網(wǎng)加噴射混凝土加 固。SFC5斷面分右側(cè)主洞和左側(cè)主洞施工。主洞上半斷面開挖后，支護先施作 拱部初期支護，再交錯開挖下半斷面的兩側(cè)，施作下半斷面兩側(cè)初期支護。三、連拱隧道地段1開挖 小間距地段連接連拱隧道，

6、全長100.1mII、III類圍巖地段連拱隧 道采用“中洞先行，主洞正臺階半斷面先拱后墻法”施工。中導洞開挖斷面為 5mX6m，其支護后的凈空剛好滿足柳工產(chǎn)50B裝載機出碴。在左右主洞開挖之前， 先進行中導坑連續(xù)開挖和支護，在連拱隧道中導坑全部施工完畢與大拱段連通 后，再進行中隔墻的混凝土澆筑。為平衡一側(cè)隧道拱圈推力，在主洞開挖之前， 中隔墻的一側(cè)要進行回填。所有中隔墻要自洞內(nèi)向洞口的方向澆筑，以便施工能 順利進行。2支護 分岔段隧道因為斷面大，地質(zhì)情況復雜，設(shè)計采用了普通錨桿噴射 混凝土結(jié)合超前自進式錨桿、鋼拱架、預應(yīng)力錨桿等輔助支護措施進行初支加強。 SFC4斷面分右側(cè)主洞和左側(cè)主洞施工。

7、主洞上半斷面開挖后，支護先施作拱部 初期支護，再開挖下導坑，施作下導坑初期支護，下導坑初期支護在二次襯砌 澆筑后再進行拆除。中隔墻混凝土澆筑緊跟。主要支護形式有SFC3a，SFC3b， SFC4。SFC3a斷面適用于W類圍巖地質(zhì)較差地段的初期支護。全長44.2m, (2)SFC3b 斷面SFC3b斷面適用于連拱隧道II類圍巖地段的初期支護。全長30m，主洞主要 由主要由R32超前自進式錨桿，D25中空錨桿L=3.5m,間距120cmX75cm； 20b 工字鋼架，縱距75cm；雙層68mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20X20cm ； 28cm厚C20 噴射混凝土組成，設(shè)仰拱。SFC4斷面適用于連拱隧道W

8、類圍巖地質(zhì)較差地段的初期支護。全長25.9m，連拱隧道的施工詳見圖3-1 II類圍巖地段連拱隧道施工工序圖和圖3-2 W 類圍巖地段連拱隧道施工工序圖。圖2-1 W類圍巖小間距段隧道施工工序圖1、主要施工工序：1開挖右洞上半斷面，上半斷面超前下半斷面15-20米；2施作右洞拱部初期支護；3開挖右洞下半斷面；4施工右洞邊墻初期支護；5開挖左洞上半斷面；6施作左洞拱部初期支護；7開挖左洞下半斷面；8施工左洞邊墻初期支護；9施工左右洞室二次襯砌。2、采用臺階法開挖，每循環(huán)進尺控制在1.21.5米。嚴禁深孔爆破以便最大限度保護洞室周邊巖體的完整性。3、兩洞室內(nèi)側(cè)要求采用預裂爆破，拱部及外側(cè)采用光面爆破

9、。4、本圖按右洞先開挖設(shè)計。左洞右洞圖4-3 II、IH類圍巖連拱隧道施工工序圖附注：1、在側(cè)導坑邊墻部二次襯砌強度達到設(shè)計強度后才能進行相應(yīng)地段主洞開挖。2、先期進行開挖的主洞應(yīng)與中隔墻回填抵抗方向一致，本設(shè)計為從左洞開始。3、左側(cè)主洞主要施工工序如下：1開挖左側(cè)主洞上半斷面（采用弧形開挖法，如果有超前支護應(yīng)先期施作）；2施作拱部初期支護；拆除中導坑左側(cè)支護以及左側(cè)導坑內(nèi)側(cè)支護（根據(jù)下一步二次襯砌澆筑長度確定）；澆筑拱部二次襯砌；5開挖核心土（根據(jù)下一步仰拱澆筑長度確定）；6澆筑仰拱襯砌；4、右側(cè)主洞主要施工工序如下：7開挖右側(cè)主洞上半斷面（采用弧形開挖法，如果有超前支護應(yīng)先期施作）；8施作

10、拱部初期支護；拆除中導坑右側(cè)上部支護以及右側(cè)導坑內(nèi)側(cè)支護（根據(jù)下一步二次襯砌澆筑長度確定）；|：|：澆筑拱部二次襯砌；11開挖核心土以及拆除中導坑回填（根據(jù)下一步仰拱澆筑長度確定）；12澆筑仰拱襯砌；5、同一端洞口左右側(cè)主洞的施工掌子面應(yīng)滯后20米以上，時間應(yīng)滯后20天以上。6、關(guān)于二次模筑襯砌到掌子面的最大間距（I ）作如下說明：-、對于II類圍巖地段，埋深HW20米時，I 15米；埋深HN20米時，I 10米；I、對于III類圍巖地段，埋深H20米時，I 20米；埋深HN20米時，I 15米；、對于W、V類圍巖地段，原則上初期支護能夠保證洞室穩(wěn)定，但是仍建議I 35米；7、為保證施工過程與

11、設(shè)計模式相一致，施工過程中應(yīng)嚴格按照本設(shè)計步驟進行。8、施工中必須堅持弱爆破、短進尺、強支撐、勤量測的原則，合理確定施工開挖步驟和循環(huán)進尺，避免放大炮。9、施工中必須加強施工過程中的監(jiān)控量測工作，以利設(shè)計與施工密切配合，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題，使隧道結(jié)構(gòu)安全、合理。10、本圖示意主要針對ILIII類圍巖地段，W、V類圍巖地段僅采用中導坑輔助施工。一、中導坑施工工序：中導坑開挖一中導坑支護一澆筑中隔墻。圖4-4 W類圍巖連拱隧道施工工序圖附注：1、w類圍巖采用上下臺階留核心土法開挖。2、先期進行開挖的主洞應(yīng)與中隔墻回填抵抗方向一致，本設(shè)計為從右洞開始。3、右側(cè)主洞主要施工工序如下：1開挖右

12、側(cè)主洞上半斷面（采用弧形開挖法，如果有超前支護應(yīng)先期施作）；2施作拱部初期支護；開挖下導坑；施作下導坑初期支護；5澆筑二次襯砌；6拆除中導坑右側(cè)支護、開挖核心土；4、左側(cè)主洞主要施工工序如下：7開挖左側(cè)主洞上半斷面（采用弧形開挖法，如果有超前支護應(yīng)先期施作）；8施作拱部初期支護；開挖下導坑；歸施作下導坑初期支護；11澆筑二次襯砌；12拆除中導坑左側(cè)支護、開挖核心土；5、為保證施工過程與設(shè)計模式相一致，施工過程中應(yīng)嚴格按照本設(shè)計步驟進行。6、施工中必須堅持弱爆破、短進尺、強支撐、勤量測的原則，合理確定施工開挖步驟和循環(huán)進尺，避免放大炮。7、施工中必須加強施工過程中的監(jiān)控量測工作，以利設(shè)計與施工密

13、切配合，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題，使隧道結(jié)構(gòu)安全、合理。四、大拱隧道地段1開挖漆樹槽隧道恩施端明洞后接一段大拱隧道，全長60.4m。大拱隧道的施 工詳見大拱隧道進洞及洞口加強段、斷層破碎帶地段，為改善圍巖狀態(tài)，提高圍 巖自身的自穩(wěn)能力，防止可能發(fā)生的坍塌，按設(shè)計要求采用超前自進式錨桿進行 開挖前的預支護。大拱段采用上、下斷面法進行開挖，上半斷面開挖高度6m， 寬度21m。開挖時嚴格按照短進尺、弱爆破、強支護、緊襯砌的原則施工。循環(huán) 進尺控制在1.0 m以內(nèi)，使初期支護盡早封閉成環(huán)。下半斷面邊墻采用錯開馬口 跳槽開挖，馬口開挖長度小于3m，隨掘隨支。核心土在大拱外襯施作后開挖， 為避免爆破對

14、混凝土的影響，核心土開挖采用松動爆破法施工，主要依靠機械清 除松散圍巖。2支護 分岔式大拱段采用SFC2支護形式。SFC2斷面適用于洞口大拱。全 長60.4m，主要由25預應(yīng)力錨桿，L=6m,22mm鋼筋徑向錨桿，L=3.5m, 20 工字鋼拱架，洞口段20m加密，25cm厚C20噴射混凝土組成；6 25預應(yīng)力錨桿， 22mm鋼筋徑向錨桿長短結(jié)合布置，錨桿的尾端與鋼拱架連成整體。SFC2大拱因斷面大，超前支護完成后，開挖分為上半斷面拱部、下半斷面邊墻、 中部核心土體三個部分，相應(yīng)的初期支護同樣嚴格按照這三個部分實施。其中， 中部核心土體開挖后，立即施作中隔墻襯砌。SFC2大拱隧道的初期支護施工

15、詳 見圖4-5分岔段大拱隧道施工工序圖。3預應(yīng)力錨桿施工預應(yīng)力錨桿施工工藝如下：開挖后先初噴3-5 cm砼對周邊圍巖進行封閉并架立好鋼支撐及施作3.5 米長系統(tǒng)錨桿。在拱部范圍內(nèi)確定預應(yīng)力錨桿孔位、鉆機就位、調(diào)整角度、鉆孔并清孔。安裝錨桿，錨桿頭部安裝有環(huán)氧樹脂(2040cm)錨頭，錨頭之后包裹 70cm左右藥卷，然后頂緊。一次性注漿完畢達到要求后施加預應(yīng)力至設(shè)計值。注漿采用水泥砂漿， 并確保錨孔內(nèi)注漿飽滿。等待2小時左右后，施加預應(yīng)力，一般在IV類圍巖地段施加80100KN 的預應(yīng)力(采用錨桿拉撥儀換算公式為：Y=3.38107X-0.994, Y 一為設(shè)計的預應(yīng) 力，X一為錨桿拉撥儀的讀數(shù)

16、，經(jīng)計算錨桿拉撥儀的讀數(shù)為：22-27.4Mpa)，局 部圍巖較完整地段可施加3050KN預應(yīng)力。預應(yīng)力施工機械選用錨桿拉撥儀，張拉按程序進行，邊張拉邊用扳手旋 緊錨固體上的螺栓，當張拉器預加拉應(yīng)力達到設(shè)計值時，固定好錨固體的螺栓。預應(yīng)力鋼筋張拉按照程序進行，在編排張拉程序時，考慮了相鄰鉆孔預 應(yīng)力筋張拉的相互影響，施工時采用對稱張拉并跳孔施作。預應(yīng)力筋正式張拉前，取20%的設(shè)計張拉荷載，對其張拉12次，使其 各部位接觸緊密，鋼筋完全平直。預應(yīng)力錨桿施作完畢后，其尾端盡量與相鄰鋼拱架焊成一體。同時開始施作噴射混凝土至設(shè)計厚度。(10)工藝流程圖見圖5-2預應(yīng)力錨桿施工工藝圖:圖5-2預應(yīng)力錨桿

17、施工工藝圖圖4-5分岔段大拱隧道施工工序圖施工工序如下：開挖上半斷面拱部；施作拱部初期支護；施作拱部鋼筋混凝土襯砌；開挖中部核心土體；施作中隔墻；開挖兩側(cè)邊墻；施作兩側(cè)邊墻部初期支護；施作兩側(cè)邊墻鋼筋混凝土襯砌;施作內(nèi)部襯砌。4大拱洞身襯砌施工方法襯砌分步施工主要是考慮大拱跨度太大，混凝土厚度達60cm，鋼模架不但 要承受很大的垂直荷載，還受剪切力作用，受力條件對模架本身結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu) 的剛度、強度要求很高，工作面平臺搭建工作量大，襯砌周期較長，無法實現(xiàn)快 速襯砌支護的目的。因此，在充分考慮各方面因素后，我們認為大拱段襯砌應(yīng)該 分為拱部和邊墻兩個部分施工，先拱后墻法在及時施工了拱部鋼筋混凝土襯

18、砌 后，可以有效發(fā)揮鋼筋混凝土的作用，提高支護結(jié)構(gòu)的強度和剛度，保證隧道結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定和安全，在工序轉(zhuǎn)換上也可以實現(xiàn)多工序平行作業(yè)，縮短工期。另外， 由于大拱段施工和21標支井河特大橋施工相互干擾很大。目前，大拱段上斷面 即將開挖完畢，而21標支井河特大橋的纜索吊準備開挖基礎(chǔ)，由于兩個標段干 擾很大，因此漆樹槽隧道大拱落底開挖施工已無法進行，而上半斷面開挖支護后 懸空時間也不宜過長。從安全和減少對21標施工干擾的角度考慮，也只有采用 先拱后墻法來施工混凝土，而先拱后墻法施工混凝土襯砌在工藝實施和質(zhì)量控制 等方面的不足，完全可以通過規(guī)范施工，加強管理來改善。4.1大拱外襯混凝土施工方法4.1.1工

19、藝特點：拱部先襯，鋼筋混凝土襯砌可以及時發(fā)揮作用，提高支護結(jié)構(gòu)的剛度和強 度，可有效減輕圍巖變形，對于保證初期支護結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性有利；在先施工的混凝土襯砌拱圈的保護下進行各工序的作業(yè)，施工較安全；拱部先襯，工作面多，工序間可以相互拉開，適合于多安排勞動力和機械作 業(yè),可以減少工序上時間的浪費，節(jié)約時間，利于工期；拱部先襯，可以減輕混凝土自重、混凝土澆筑荷載對模板和支撐結(jié)構(gòu)的強 度要求，減少支撐工作量，利于工期。地質(zhì)條件發(fā)生變化時，改變施工方法較容易。4.1.2施工步驟：上半斷面拱部開挖一一上半斷面拱部初支一一上半斷面拱部鋼筋安裝一一 上半斷面拱部混凝土襯砌一一核心土開挖一一中隔墻鋼筋安裝一一中隔墻混凝 土澆筑一一下半斷面邊墻錯馬口開挖一一下半斷面邊墻初支一一下半斷面鋼筋 安裝一一下半斷面邊墻混凝土襯砌4.1.3施工措施：上半斷面拱部混凝土襯砌采用自制拱架支撐，組合鋼模板，頂部利用核心 土加豎撐支撐，拱架下部利用腳手架鋼管拼裝成的軌行式支撐，長度5m。拱架 采用43kg/m鋼軌加工，模板采用外接1.2mX0.3m鋼模板。拱部混凝土襯砌，在拱腳基礎(chǔ)處打6 22鎖腳錨桿，施作縱向托梁，并預 留下沉變形量10-30mm（見圖7-1）。為避免拱部混凝土襯砌出現(xiàn)下沉、拉