变断面隧道综合施工技术 张永昌 （中铁十五局集团第五工程有限公司，河南洛阳４７１００２） 摘要：结合宜万铁路某隧道工程的工程地质、水文地质、安全、工期、效益、环境水保等因素， 介绍中导洞施工、中隔墙衬砌、左右洞施工、大跨三线隧道施工和燕尾式隧道施工技术，形成一 套快速、安全、高质量变断面隧道综合施工技术。为同类施工提供参考。 关键词：变断面隧道；车站隧道；施工技术 中图分类号：Ｕ４５５文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—０３００（２００８）０２—０１１５—０４ １ 工程概况 宜万铁路某隧道位于宜昌市点军区土城乡，全长６．８２７ ｋｍ四线双连拱车站隧道，由五种断面组成，其 中进口ＤＫ４０＋５５０～ＤＫ４１＋２５５为四线双连拱车站隧道；ＤＫ４１＋２５５～＋４３７为大跨三线隧道；ＤＫ４１＋ ４３７～＋８０３为燕尾式连拱隧道；其余为单线隧道。在线路右侧设一平导，平导贯通后扩挖为ＩＩ线，平导与 正洞之间设２１个横通道，用来施工Ｉ线。隧道进口１ ２５３ １ＴＩ为车站隧道，结构形式复杂，断面大，地质条件 复杂（岩溶极其发育，岩层为水平层，节理裂隙发育），主要施工难点为在复杂地质条件下不同断面问施工 方法转换、四线双连拱隧道的施工方法、大跨三线隧道的施工方法、大断面隧道的施工安全等。白云山隧 道地质条件十分复杂，岩溶发育，溶洞、暗河、落水洞、漏斗及岩溶洼地等岩溶现象多见。 ２总体施工方案 结合此地段的工程地质、水文地质、安全、工期、效益、环境水保等因素来确定总体施工方案。四线双 连拱段采用中导洞先行，一方面把中导洞作为施工大跨双线段和燕尾段的施工通道，确保形象进度，另一 方面是边开挖中导洞，边进行中隔墙衬砌。待中隔墙达到设计强度后，开挖支护左洞，并且衬砌紧跟。左 洞开挖支护完毕后，利用左洞作为施工通道，然后施工右洞。左洞、右洞采用台阶法施工。大跨双线段由 于断面大，地质条件差，采用ＣＲＤ法（交叉隔壁法）施工；燕尾段施工方案同四线段，采用中导洞法施工， 利用中导洞作为施工单线段的主要通道，保证进度，然后施工左右洞。单线隧道同时利用横通道和正洞 ］沲工。 ３变断面隧道综合施工技术 ３．１施工工序 连拱隧道的施工方法主要是导洞法，包括中导洞、三导洞及侧壁导坑等。结合隧道的实际情况，采用 不对称中导洞法施工，两侧台阶法开挖。开挖工序为：开挖中导洞一中导洞支护一衬砌中隔墙一开挖左 上导坑一左上导坑支护一开挖左下导坑一左下导坑支护及封闭仰拱一开挖右上导坑一右上导坑支护一 开挖右下导坑一右下导坑支护及封闭仰拱。 ’ ３。２中导洞施工工艺 中导洞作为一个辅助导坑，其结构形式和大小根据工程进度、安全、经济效益、行车等因素确定。由 于白云山隧道属于长大隧道，工期进，地质条件复杂，四线段断面大，经过方案比选，四线双连拱段采用偏 右的不对称中导洞施工，如图１所示。中导洞断面宽 ７．７ ｍ，高８ ｍ，拱部采用半径为３．６ ｍ的半圆弧。中导 洞临时支护采用Ｉ１６的工字钢架，间距１．０ ｍ／榀，拱部 ２ ｍｍ的砂浆锚杆，间距１．５ Ｉ１３×１．５ Ｉ１３（纵×环），边 墙锚杆根据需要设置，喷Ｃ２０混凝土，厚度６～８ ｃｍ。 ３．３中隔墙衬砌 Ｃ２０喷混凝土 中隔墙施工应紧跟中导洞开挖，每１０ Ｉ１３一个循环， 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，每次必须遭毛处理，并按规范要 求预埋连接筋。中隔墙顶部是各种荷载的反复作用点， 因此必须采用同级混凝土回填，与中导洞拱部围岩密贴。 图１ 中导洞法开挖示意（单位：ｔｉｎ） （１）开挖中导洞阶段。中导洞相当于单线隧道，中隔墙主要承受来自拱顶围岩松弛产生的压力，属于 轴心受压结构，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。 （２）开挖左洞阶段。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，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。 （３）左洞支护阶段。左洞开挖后，立即进行初期支护，拱部采用 ２５ ｍｍ中空注浆锚杆，喷Ｃ２５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左与右力的大小。 （４）开挖右洞阶段。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寿。 （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，中隔墙主要承受竖向力，受 力稳定。 ３．４左右洞施工 （１）施工组织。为不影响施工进度，首先施工左洞，把中导洞作为施工大跨三线段和燕尾段的施工通 道。左洞贯通后，把风水电管路移至左洞，利用左洞作为施工通道，然后施工右洞。先施工左洞是因为右 洞和中导洞在一起，施工右洞时中导洞就被破坏，失去行车功能。左右洞均采用台阶法施工。 （２）初期支护。由于隧道地质复杂，围岩破碎，净空大，断面形式多变，因此必须及时进行初期支护， 充分发挥围岩的自稳能力，在ＩＶ级围岩和进口战备衬砌段，初期支护采用Ｉｌ６工字钢架，拱墙采用Ｃ２５喷 钢纤维混凝土，湿喷法施工，钢纤维掺量５０ ｋｇ／ｍ ，仰拱采用网喷混凝土，环向采用 ８ ｍｍ、纵向采用 ６ ｍｍ的钢筋，钢筋网格为２０ ｅｍ ｘ ２０ ｅｍ，系统锚杆采用 ２５ ｍｍ、Ｌ＝３．５ Ｉ１３中空注浆锚杆，间距１．０ Ｉ１３×１．０ ｍ（纵Ｘ环），呈梅花型布置。在ＩＩＩ级围岩段，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，呈梅花型布置，在断面变化处，均采用Ｉ１６的工字钢架加强支护。 （３）二次衬砌。通过监控量测，隧道净空收敛和拱顶下沉已经稳定，变形速率符合规范要求时方可进 行二次衬砌，以防止衬砌出现受拉或受压破坏。衬砌离开开挖掌子面的距离最好控制在１５０ Ｉ１３左右，各工 序既不互相干扰，又使开挖后围岩暴露时间不长，在ＩＶ级围岩地段和进口战备段，衬砌采用Ｃ３０钢筋混 凝土，厚度５０ ｃｍ，仰拱填充采用Ｃ２５混凝土。在ＩＩＩ级围岩地段，衬砌采用Ｃ３０钢筋混凝土，厚度为４０ ｃｍ０ ４大跨三线段施工技术 ４．１施工工序 大跨三线段开挖断面宽１７．８／／］，高１３．９２ １ＴＩ，围岩基本分级为ＩＶ级，岩层为水平层、层薄，断面大，特 开挖工序为：①右上导坑开挖支护，② 别拱顶易掉快、塌方，因此采用ＣＲＤ法施工，及时支护、封闭成环。 左上导坑开挖支护，③右下导坑开挖支护，④左下导坑开挖支护。 大跨三线隧道开挖工序如图２所示。 ４．２过渡段施工 四线双连拱段隧道的中导洞开挖至与大跨三线段的分界点 时，在分界点对中导洞５ ｍ范围内加强支护，然后从中导洞向两 边扩挖，以形成右上台阶工作面。扩挖时，炮眼外插角大于４５。， 形成喇叭口，减少围岩的夹制力。右上台阶开挖２０～３０ ｍ后，在 右导坑的左边墙处同样以大于４５。的炮眼外插角开挖，形成左上 反 ． 丝 【 ＝＝＝＝：：＝＝＝ｉ 临时仰拱 ③ 右下导坑 下导坑 台阶工作面。左右下台阶以采用同样的方法开挖。过渡段的开 ｃｍ） 挖一方面保证施工安全，另一方面选择科学合理可开挖方法，减 图２大跨度三线隧道开挖工序（单位：少超欠挖，节约投资。 ４．３ ＣＲＤ法工序循环 根据围岩情况动态调整台阶长度，一般台阶长度控制在１０～１５ ｍ之间，不易过长。每次循环进尺控 制在１．０～３．０ ｍ之间。施工过程中要充分利用空问，减少作业干扰，左右上台阶一般轮换施工，如开挖左 上台阶时，右上台阶可以进行喷锚作业；开挖右上台阶时左上台阶进行喷锚作业。下台阶也是采取同样 的循环施工，上下台阶之间干扰较大，但由于下台阶开挖速度比上台阶快，不影响形象进度，所以首先保 证上台阶的开挖。ＣＲＤ法施工，每个循环都要设置临时仰拱和临时中隔壁，保证施工安全。临时仰拱和 临时中隔壁与初期支护形成一个整个承受围岩变形压力，通过围岩监控量测，拱顶下沉量和收敛值基本 稳定后（符合验标要求），可以拆除临时中隔壁。 ４．４初期支护和二次衬砌 初期支护为Ｃ２５钢纤维混凝土，内置０．８ ｍ／榀Ｉ１６工字钢架，系统锚杆为（Ｉ）２５ ｍｍ的中空注浆锚杆。 由于围岩极不稳定，断面大，出碴完毕后立即初喷３～４ ｃｍ厚的混凝土，以减少围岩变形量。架立钢架时， 系统锚杆与钢架定位钢筋相结合，特别在拱顶位置应防止掉拱，底部支撑在基岩上，并设１～２根锁脚锚 杆。钢架各单元之间采取栓接，不宜采取焊接等刚性连接方法。钢架架立完毕后，再补喷混凝土，使钢架 和混凝土共同承受围岩变形荷载。二次衬砌采用全液压衬砌台车，４台混凝土输送车，两台输送泵同时从 两边对称浇注，防止偏压严重引起台车变形。 ５燕尾式隧道施工 燕尾式隧道的衬砌结构形式与四线双连拱隧道不同，拱圈直接支撑在中隔墙上，左线接单线隧道，为 线路正线，右线直接与预留复线相连接。其施工方法仍采用偏左的不对称中导洞法施工，两侧全断面开 挖，施工顺序为：中导洞开挖支护一中隔墙混凝土灌注一右洞全断面开挖支护一右洞衬砌一左洞全断面 开挖支护一左洞衬砌，开挖顺序的安排主要考虑施工安全和燕尾式隧道作为开挖单线隧道的主要通道。 ５．１中隔墙顶防水处理 燕尾式隧道的中隔墙与左右洞的拱圈存在施工缝，并且在中隔墙的顶部严重积水。综合考虑“防、 排、截、堵”的原则，在整个衬砌背后铺设复合防水板，每隔１０ ｍ环向布设一根５０的劲式透水盲沟，在水 沟泄水孔高度处设一根８０的贯通劲式透水盲沟。在拱圈和中隔墙之问的施工缝采用钢片止水带，中隔 墙顶部纵向设一根１００劲式透水盲沟与预埋在中隔墙内的１５０的硬塑料引水管相连，将水引至中隔墙两 侧水沟。透水盲沟上部施作厚３０ ｃｍ的土工布碎石盲沟，其余空间回填Ｍ１０浆砌片石。透水盲沟问相互 连接，形成连通的泄水通道。施工过程中必须保证防水板铺设质量、盲沟及止水带安装质量、混凝土施工 质量，要充分发挥混凝土自防水能力。 ５．２成品保护措施 左右洞开挖过程中，爆破产生的飞石将对中隔墙表面造成严重的损伤，修复困难。因此在施工过程 中，中隔墙表面利用竹排进行防护，竹排与中隔墙之间铺一层草帘，在施工完毕后对中隔墙进行局部装 修，使其美观。 ６ 结语 由于四线双连拱段采用不对称中导洞，先贯通左洞，再施工右洞的施工技术；大跨隧道采用ＣＲＤ法施 工；燕尾段采用无导洞法施工，并且施工中动态优化施工组织设计、管理科学、施工高效、调度有序等管理 措施，形成了一套快速、安全、高质量变断面隧道综合施工技术。 参 考 文 献 ［１］中华人民共和国交通部标准．ＪＴＪ０４２－－９４公路隧道施工技术规范［Ｓ］．北京：人民交通出版社，１９９５ ［２］中华人民共和国交通部标准．ＪＴＧ Ｄ７０－－２００４公路隧道设计规范［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４． Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉｅｄ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｚｈａｎｇ Ｙｏｎｇｃｈａｎｇ （Ｔｈｅ ５ｔｈ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ｔｈｅ １５ｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ａ ｔｕｎｎｅｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ ＹｉＷａｎ Ｒａｉｌｗａｙ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏ— ｇＹ，ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｇｅｏｌｏｇｙ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｔｉｍｅ ｌｉｍｉｔ，ｂｅｎｅｆｉｔ，ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏ— ｄｕｃｅｓ ｓｏｍｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅ ｍｉｄｄｌｅ ｄｒｉｆｔ，ｔｈｅ ｔｒｉｐｌｅ—ｌｉｎｅ ｌａｒｇｅ—ｓｐａｎ ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ—ｗａｌｌ，ｔｈｅ ｌｅｆｔ—ｒｉｇｈｔ ｃａｖｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｗａｌｌｏｗ～￣ｉｌｅｄ ｔｕｎｎｅｌ，ｆｏｒｍｉｎｇ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌ— ｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｔｕｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｅｄ ｓｅｃｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆａｓｔ ａｎｄ ｓａｆｅ ａｎｄ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｇｏｏｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ，ａｎｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｗｏｒｋｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｅｄ ｓｅｃｔｉｏｎ；ｓｔａｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｒｙ