大跨度连拱隧道施工技术
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摘要：随着我国公路建设的快速发展，连拱隧道以其线型平顺，流畅大方，占地面积少，便于运营管理等特点，对地形变化较大和土地资源缺乏的山岭地区得到了广泛的运用。但由于连拱隧道跨度大、施工工序复杂、施工难度大、设计长度较短（一般不大于500m）等缺点，一直制约着其发展。文章结合申嘉湖高速公路湖州段第七合同段青山坞隧道成功的施工经验，详细介绍大跨度连拱隧道的施工工艺流程。
关键词：大跨度连拱隧道；小导管注浆；砼衬砌；防排水
一、工程概况
青山坞隧道位于浙江省湖州市南边约5Km处，全长450m，为双向六车道，隧道采用三心圆结构（r1＝850cm，r2=600cm），双洞总跨度达34.39m，设计等高为5m，设计时速120km/h。隧道地处钾长花钢岩构成剥蚀低山、丘陵区，山体东坡较缓，西坡相对较陡，地表植被十分发达，主要时灌木及少量松木、杉树，进出口段表部为含碎石亚粘土，结构松散，下伏基岩为燕山早期侵入强风化钾长石花岗岩，岩石节理发育，呈破碎结构，稳定性差，在隧道开挖后，改变了岩体的初始应力状态，在应力释放和应力重分布过程中，岩体向洞内产生变形，如不及时支护，极易造成坍塌现象的发生。隧道中间段为燕山晚期第二次侵入微风化钾长石花岗岩，岩石呈块状构造，岩体呈镶嵌结构，受风化程度小，硬度系数f≥13，围岩整体文的强，利于洞身开挖的安全。该区内地震烈度为Ⅵ度区，地震强度低。
二、施工方案
针对施工工期较为紧张，我们结合了本设计及地质实际情况，借鉴国内同类隧道施工的成功经验，优化了设计方案，采取了中导洞、中隔墙超前，隧道正洞与中隔墙平行作业的方式，其具体的工艺流程为：先施工中导洞，贯通后浇筑中隔墙墙砼，待砼强度达到设计强度，并能独立完成岩体承载后进行正洞施工，仰拱及二次衬砌跟上，正洞施工到围岩变形基本稳定后，进行另一侧正洞施工。
（一）辅助施工措施
1．超前大管棚施工工艺。隧道进出口属于浅埋段，属II类围岩，为保证安全进洞，我们设置了长管棚支护，管棚钢管采用外径Φ108mm，壁厚6mm热轧无缝钢管，每根钢管总长为40m，由节长4m、6m的钢管采用15cm连接套管丝扣连接，相邻接头错开不小于1m，沿线路纵向同一横断面接头数不大于50％，钢管以1°～2°夹角打设，每个洞口设置47根，环向问题40cm，钢管上注浆孔径为10mm，呈梅花型布置，间距15cm，为方便插入，钢管前端做成尖形。打设完毕后，注浆机注入水灰比为1：1的C25水泥浆对围岩进行加固，注浆压力为2.0～2.5MPa，注浆过程可根据现场情况进行调整，注浆结束后及时用锚固剂塞堵注浆口，防止跑浆。
2．小导管注浆。除大管棚范围外的Ⅱ、Ⅲ类围岩，均采用小导管作为超前支护，小导管采用外径为Φ50，壁厚4mm，长5m的无缝钢管，Ⅱ类围岩每隔两榀拱架共设置一环，每环设置47根，环向间距为40cm，Ⅲ类围岩每隔三榀拱架设置一环，每环设置53根，环向间距为35cm，前后两排搭接长度不小于1m，钢管前端呈尖锥状以便插入，尾部焊上Φ6加劲箍，管壁四周钻Φ10压浆孔，在施工过程中，小导管穿过钢拱架已设置好的孔洞，与洞轴线成6°～9°角打入围岩拱部，小导管尾端焊接在钢拱架上，注浆材料采用水泥浆，其浆液的水灰比为1：1，注浆压力为1.0～1.5MPa。
（二）中导洞掘进施工方法
中导洞开挖对连拱隧道施工所起到的作用是相当显著的，它既可对洞身岩层情况起到先行探察的作用，可以为主动开挖积累资料和摸索情况，指导正洞的施工，在明洞开挖完毕后，经过精确测量定出中导洞的开挖轮廓线，Ⅱ类围岩采用微台阶法施工，上台阶采用手持式气腿凿岩机进行开挖，每次开挖进尺为0.7m～0.8m，下台阶采用线眼松动爆破与小型挖掘机相结合进行，上下台阶相距3m～5m，Ⅲ类以上围岩采用台阶施工，微差控制爆破，严格控制单段落差，以降低爆破垂直振动速度对围岩的扰动。
（三）正洞开挖方法
在强预超前支护的作用下，正洞开挖采用三台阶法，先拱后墙、自上而下、分部开挖，上台阶采用拱部环形开挖留核心土，开挖高度以中隔墙微基准面至主洞拱顶之间部分，以便能及时对拱部进行支护，中台阶为边墙顶至上台阶之间，下台阶主要为边墙部分，为方便机械化配合施工及出砖，每个台阶间距控制在5m～8m之间，由于跨度大，危险性高，在开挖过程中，控制爆破式关键，拱部开挖严格控制周边眼间距，以10cm～20cm为宜，遵循着“多布眼，少装药”的原则进行，采用毫秒微差控制爆破，分片、分区进行，为防止爆破过程飞石将中墙砼撞出，应保证中导洞初期支护距离掌子面不小于10m，同时，为保证开挖安全，两侧正洞开挖需错开一定距离，以30m～50m为宜，但这又形成了对中隔墙的偏压，如处理不当，极易造成中隔墙受力抗弯破坏，因此，在开挖过程中，我们在滞后隧道洞室对中隔墙施加了临时支撑，将钢板密贴中隔墙，钢管一端焊在钢板上，另一端固定在中导洞临时支护钢支撑上，并视中隔墙稳定情况在必要时增加钢管数量，加强横向支撑，每一开挖循环后，支护材料循环利用。
（四）初期支护
在施工过程中，应严格遵循新奥法理念，对每个循环开挖完成后及时对围岩进行初喷与支护、喷射砼，保持围岩自承状态，防止严重的松弛卸载，中导洞、正洞初支参数如下表：
表1：中导洞初支参数
钢支撑在初喷2cm后架设，拱脚必须置于稳固的基础上，钢筋网片与锚杆、拱架必须焊接连成整体后喷射砼，喷射作业分段、分片、分层自下而上依次进行。
（五）砼衬砌施工方法
1．中隔墙砼浇筑。中隔墙作为整个隧道的受力平衡支撑点，其施工的好坏直接影响整个洞身的整体安全性，对基底的承载能力要求也极为严格，要求不小于300KMp，因此，对II类围岩中隔墙基础设置了Φ22mm早强砂浆锚杆长30m，间距为80*75cm，进行加固处理。采用自制的定型模板，7.5m为一组进行循环施工，钢筋安装好后，认真对模板进行了支撑加固，严格控制中隔墙顶标高、尺寸，采用输送泵泵送施工，中隔墙顶部空隙采用C25喷射砼回填密实。
2．仰拱施工。仰拱随正洞的开挖一段距离后及时施工，以形成封闭结构，与拱圈初期支护组成一个整体的受力环。为不影响前方施工，我们采用半幅错开施工，为保证厚度，施工过程中准确测出仰拱基底标高，待仰拱砼强度达到70％后，采用C10片石砼进行回填。
3．二次衬砌施工。初期支护完成后，加强对洞壁周边收敛速度及拱顶沉降量进行监控测量，要求水平收敛（拱脚附近）速度小于0.15mm/d或拱顶位移速度小于0.1mm/d，断面仪对初期支护检测无贝挖情况下进行二次衬砌模筑施工，采用全断面液压衬砌台车整体浇筑，台车长9m，在台车就位过程中，预留5cm的沉降量，混凝土浇筑分层浇筑（两侧对称进行）。
（六）防排水施工技术
隧道内防排水坚持“以排为主，防排堵相结合”的综合治理原则，结合隧道水文地质情况，结合环保要求，本着将地下水和冲洗水分开排放的原则，本隧道设计中心排水沟，明洞段衬砌采用土工布和EVA防水板防水，环向排水半管集引水由纵向PE排水管、横向引水管将水排到中心沟中，排出隧道洞外，对局部水量大地段可酌情增加环向排水半圆管，隧道内工作缝、变形缝历来是隧道防水的薄弱环节，因此在工作缝、沉降缝、变形缝均设橡胶止水带。路面水流入行车道两侧排水沟。衬砌采用C25防水砼，其防渗等级不小于S8。
三、结语
本次采用了中隔墙与隧道正洞平行作业，大大减少了因中隔墙施工对后续工序的干扰，该隧道的主体完工时间比预先计划提前了一个多月，施工中坚持“短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则，确保了工程质量、进度及施工安全。为此，本人深深体会到：
1．隧道的不可预测性。对每次爆破后，应对开挖面（含未衬砌地段）进行检查，对可能出现的险情采取有效措施及时处理。
2．中隔墙作为连拱隧道的主要受力结构，其顶部空隙必须回填密实，使其能够承担围岩荷载。
3．合理控制二次衬砌拆模时间，防止过早拆模导致二次衬砌拱部、边墙砼的自重作用而产生水平的弯拉裂缝。
4．在施工过程中，对围岩实行动态监控是十分重要的，在受到最大压力或拉力的拱腿或拱顶，分别进行周边位移、拱顶下沉和地质超前监控量测，并根据日常监控数据及时分析归纳，通过信息反馈及预测预报，优化施工组织设计。
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