前言 近年来,我国基础设施建设发展迅猛,双连拱隧道作为一种新的隧道形式,在高速公路隧道建设中出境的频率越来越高,特别是在山区短途隧道中较为常见,且理念设计与施工工法也越来越成熟。与分离式隧道相比,双连拱隧道长度比较短,多数在600米以内,占地面积少,最大限度的保护自然、路桥隧相连的线性理想等优势。虽然双连拱隧道具有很大优势,解决了分离式单洞隧道所存在的问题,但是由于断面比较大,开挖与支护相互交错,围岩受到多次扰动,应力变化复杂,加大了施工难度。
前言
所谓双连拱隧道是指两座隧道连成一体的单线双洞隧道,也就是共用一个中隔墙的隧道,可形象的称为“m”式隧道。此隧道是在通过山势不高,纵向长度较短,横坡较陡,公路上、下行线在此分不开的情况下设置的,其单跨断面为单心圆结构,边墙为曲墙,中隔墙也为曲墙,单跨净宽10.8—11.0M,净高7.8M—8.0M,开挖断面为9.9 M—10.0M,上下行线通过厚3M的钢筋砼中隔墙相连,初支采用工字钢(正洞)和钢花拱锚杆,挂网锚,喷砼与单跨隧道基本相同,二衬采用钢筋砼结构。
在工程实践的发展中,连拱隧道因具灵活不限、降低造价、占地少,可以提升隧道局部线形标准,提高通过率等优势在山区交通建设中广为应用。
导洞法施工
双联拱隧道 中导洞——正洞法施工
其步骤为先开挖中导坑,并做导坑临时支护直到中导洞贯通,然后由内向外浇筑中隔墙直到全部完成,铺设中隔墙顶防水材料,并将中隔墙相同标号的砼回填,打设长管棚注浆,然后开挖右洞上拱及初期支护,同时做好围岩的变形观测。待右洞上拱推进适当距离(约5~10m)后,开挖左洞上拱并做好上拱的初期支护,做好围岩的变形观测,上拱掘进适当距离(约50m左右)开挖洞身中槽,采用“马口”跳槽的方法进行侧墙的开挖与初期支护,“马口”开挖宽度控制在2~3m,施工过程中侧墙与拱部初期支护严禁通缝。侧墙初期支护完成后铺设防水层,采用衬砌台车双对称浇筑二次衬砌砼。对于不同的围岩类别,具体的施工顺序图如图1、图2、图3所示。
图一
图二
图三
双联拱隧道 ——三导洞施工
三导洞施工方法除在中隔墙处开挖一导洞外,在上下行线两侧分别开挖一条侧导洞在中墙砼与边墙砼施工完后再开挖上,下行线正洞施工步骤如下: 侧导洞的开挖方法与中导洞相似,三导洞施工完后,再开挖上、下行线的正洞。正洞开挖Ⅱ类围岩用台阶法施工,顺序与中导洞法不同,属与先墙后拱,不是先拱后墙,因在侧导洞开挖过程中,正洞边墙初期支护已施工爆破设计时,均要尽量减少爆破对中隔墙及侧墙的影响,不能因初期支护已全部完成而随意加大药量,加大进尺,造成的施工初期支护坍塌。
导洞法施工的优缺点
中导洞施工法具有工序简单,临时支护及拆除量小,工期短、成本低,但在地质条件复杂,围岩地段不利于安全施工,而三导洞施工具有正洞支护闭合早,施工安全的优点,但工序复杂,工期成本高,两种施工方法主要根据隧道实际地质情况灵活运用,在地质条件复杂,涌水量大及洞口浅,偏压、围岩软弱一般用三导洞法施工,而较好的地段采用中导洞施工。
无导洞法施工
双联拱隧道——无导洞法施工
无中导洞连拱隧道是一种新型的隧道工法,又名无中墙连拱隧道、无导坑连拱隧道、无中导洞眼镜隧道和零间距隧道。
施工工艺
隧道洞身段衬砌按新奥法的原理进行设计,在初期采用喷、锚、网、钢拱架进行支护,二次衬砌则采用素混凝土或钢筋混凝土进行衬砌,对于双跨及多跨连拱隧道的中隔墙,应采用钢筋混凝土砌筑,同时根据隧道所在地层和当地地质条件酌情对中隔墙采用超前小导管、超前锚杆等预加固措施。
隧道新奥法示意图
具体施工工序中,首先对右洞拱部采用超前小导管注浆方式进行预支护,其次对右洞拱部进行钻爆开挖,在爆破开挖后,在右洞拱部安装钢拱并挂钢筋网,安装锚杆,喷射混凝土,对右洞拱部进行喷锚支护。支护后,在右洞下半断面左侧钻爆开挖,并及时进行喷锚支护(喷锚支护方式同右洞拱部工序一致)。右洞下半面支护完成后,用钢筋混凝土浇筑连拱的中隔墙,浇筑完成后开始左侧洞身施工。首先对左洞进行超前小导管注浆进行预支护,支护完成后,在左洞拱部钻爆开挖,并及时对左洞拱部进行喷锚支护(支护工艺同上),支护完成后,对左侧下半断面左侧钻爆开挖,完成后及时对左洞下半断面左侧进行喷锚支护(支护工艺同上),完成对左洞下半断面的喷锚支护后,开始对右洞下半断面右侧进行钻爆开挖施工并及时对开挖部位进行喷锚支护(支护工艺同上),右洞挖筑完成,对右洞浇筑仰拱,仰拱浇筑完成后,对左洞下半断面右侧进行钻爆施工并及时做好喷锚支护,左洞挖筑完成并 对左洞浇筑仰拱。在右洞进行防水层铺挂施工,并浇筑二次衬砌,对左洞进行防水层铺挂施工并浇筑二次衬砌。至此,采用无导洞法施工连拱隧道的施工工序完成。
无导洞施工的优缺点
优点:无导洞法施工作为一种相对于导洞法施工更加先进和新颖的施工方法,对于传统连拱隧道施工方法来说,其优势是非常明显的。最重要的一个改进是无导洞施工法减少了传统连拱隧道施工中的很多施工工序;直接加大了施工隧道的开挖断面,大大节约了施工时间;采用钢筋网架等方法进行支护,减少了传统施工中因开挖导洞而产生的大量临时施工支护,减少了施工耗材的使用,降低了施工造价,提高了工程的经济效益。其另外一个优点是该方法工序干扰小,使原本很多串行工序变成了并行推进,提高了工效,对于大深度、大跨度隧道施工来说,其工效提升尤其明显。另外,无导洞施工法施工过程安全可靠,有效的解决了传统施工方法中难以解决的施工难题。
缺点:无导洞法对施工的范围有着一定的约束。第一,施工隧道所处地质条件应比较好,无特殊地质情况,围岩完成,且隧道应处于节理裂纹比较少的地层。第二,在方案设计时,其左右洞的载荷应相等,不存在左右洞间明显偏压。第三,结构体的断面应较少,特别是在燕尾式隧道施工设计时更是如此,而对于双线设计的铁路隧道或高速公路,在围岩情况较好的情况下,也可以酌情采用无导洞法施工,但应特别注意计算地质应力 。
无导洞施工发展展望
连拱隧道无导洞法施工发展展望
无导洞法施工虽然有着很多局限和不足,但其优点非常突出,能减少施工时间,提高经济效益,且其施工方法简单易行,可以根据围岩情况进行灵活选择。这对于我国中西部特别是山区的交通施工有着非常重大的意义。
随着我国经济发展,原有很多线路车流量已达到或超过原有的设计流量,特别是当初设计成单线通行的隧道极大的阻碍了车流的通行效率。传统施工工艺无法解决这种单线隧道的扩展施工,只能在原有隧道附近另建隧道,但无导洞施工法可以用于隧道改扩建,其施工工艺能够很好的承担将单线隧道改建成双线甚至多线的连拱隧道的任务,既避免了施工对山体过多扰动而可能引发的环境问题,也缩短了工期,节省了原本要另建隧道的大量资金,极大的提高了经济效益。