龟型地双连拱隧道综合施工技术及病害防治

关键词：连拱隧道；施工技术；防排水；病害防治

中图分类号：U455    文献标识码：Ａ

双连拱隧道施工技术，已经有不少文章介绍过，针对双连拱隧道施工中大断面开挖、中隔墙渗漏水、受力转换等难点，都提出了宝贵的意见，并且也有中隔墙处采用曲墙形式的设计出现。但是在实际施工中，还是存在一些不尽如人意的地方，高速公路车过处双连拱隧道十洞九漏现象比比皆是；中隔墙处采用曲墙形式虽解决了漏水问题，但是对于桥隧相连等过渡段很短的地方，中隔墙处采用曲墙形式仍有其局限性，故Ｍ型双连拱隧道还是有其不可替代的地方。笔者曾观摩过一些双连拱隧道的施工，并参与了两座双连拱隧道的施工，借龟型地双连拱隧道的施工谈谈对双连拱隧道施工的一些浅见，请专家斧正。

１ 工程概况

赣粤高速公路是连接江西省与广东省的公路主干线，是江西省“两纵三横一斜”公路主骨架的“一纵”，是加快江西省经济发展，缓解２０５国道交通运输压力的一条公路大动脉。

龟型地隧道位于江西省赣粤高速公路泰和至赣州段Ｋ１９６＋６４０处，是江西省第一条采用双连拱设计的隧道，为一座内轮廓为曲墙式半圆拱的双洞连拱隧道。在中央分隔带处设置连续的中隔墙形成双连拱，中隔墙厚１．８ ｍ。洞身围岩结构以Ⅰ类（黄黏土）为主，中间有４０ ｍ为Ⅲ类（弱风化破碎），拱顶覆盖层厚度为０．５ ｍ～６０ ｍ，岩层破碎，节理发育，有４条结构断裂带穿越隧道区，山体裂隙水丰富。进出口上覆０．５ ｍ～６０ ｍ黄黏土，出口左侧偏压。

２ 施工方案

双连拱隧道总体施工方案是：中导先行，接着施工中隔墙，中导贯通后左右线洞身错开４０ ｍ～５０ ｍ前后施工。

２．１ 开挖及支护顺序

Ⅰ类围岩：浅埋段左右正洞采用侧壁导坑法开挖，先墙后拱法衬砌；深埋段左右洞正洞采用上下台阶法施工，全断面二次衬砌。

Ⅲ类围岩：中导洞开挖并支护完毕，浇筑中隔墙混凝土，然后左右侧正洞上下台阶法开挖，全断面衬砌。

２．２ 开挖及运输

Ⅰ类围岩的开挖主要以风镐为主，出碴用小型挖掘机配合自卸汽车出碴。

Ⅲ类围岩的开挖采用简易钻孔台车，人工手持风枪爆破开挖，侧卸式装载机装碴，自卸汽车运输出碴，开挖采用台阶法开挖，上下台阶的距离要不小于１０ ｍ，支护后进行全断面二次衬砌。

３ 施工方法和施工工艺

３．１ 施工方法

龟型地隧道全长２０１ ｍ，除隧道中间４０ ｍ为Ⅲ类围岩外，其余均为Ⅰ类围岩，隧道节理、裂隙发育，裂隙水丰富，且是双洞连拱隧道，开挖断面大。针对这些特点，总的施工方案是：中导先行，支护紧跟，中导贯通后，浇注中隔墙Ｃ２５防水砼，再先后施工左右侧正洞，左右侧正洞的施工要拉开不少于４０ ｍ的距离。在施工中始终要遵循“弱（不）爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的技术原则。

３．１．１ 洞口段工程的施工

正洞开挖前首先要清除洞顶危石、落石，提前做好天沟等防排水系统，由于洞口段为土质且上覆层较薄，为能尽早进洞，对洞口要作加强处理。为防止仰坡的剥落及受雨水冲刷而造成滑塌影响安全施工，边坡按设计坡率成形后及时进行喷锚支护，并打设ｄ ７０ ｍｍ超前管棚，支护Ｉ１６ 工字钢拱架，形成一个环形的钢筋混凝土锁口后，再进行洞口开挖，确保进洞施工安全。 

洞口开挖采用人工或风镐开挖，侧卸式装载机出碴。

３．１．２ 正洞施工

本隧道主要是Ⅰ类围岩，只有一小段属Ⅲ类围岩，施工采用分部开挖的施工方法，先贯通中导后，再对两侧正洞进行施工。

Ⅰ类围岩：Ⅰ类围岩的开挖主要以风镐为主，出碴用小型挖掘机配合自卸汽车出碴。中导坑采用台阶法预留核心土开挖，开挖后，要立即施作Ｉ１６型钢拱架及锚杆支护。正洞浅埋段采用侧壁导坑法开挖，开挖后及时喷锚支护，并衬砌边墙砼。深埋段采用上下台阶法施工，上台阶采用预留核心土的施工方法开挖，以保证掌子面围岩的稳定，上台阶开挖后，及时施作拱部初期支护。具体步骤见图１。

常规施工中，Ⅰ类围岩均采用侧壁导坑法施工，但在施工中我们发现，Ⅰ类围岩施工的不稳定段为洞口段２０ ｍ浅埋段范围内，再往里深埋段，没有特殊情况，围岩的自稳性能是较好的，完全可以采用上下台阶法施工，故本隧道Ⅰ类围岩深埋段采用了上下台阶法施工，并取得了较好的社会和经济效益。

Ⅲ类围岩：Ⅲ类围岩的开挖采用简易钻孔台车，人工手持风枪爆破开挖，侧卸式装载机装碴，自卸汽车运输出碴，开挖采用台阶法开挖，上下台阶的距离要不小于１０ ｍ，支护后进行全断面二次衬砌。

Ⅲ类围岩采用爆破法开挖，因中隔墙已浇注，所以在施工时，必须考虑爆破振动冲出和飞石对中墙的影响，中墙砼厚度只有１．８ ｍ，且初期支护的工字钢支点已作用于中墙顶面上，所以在施工中，必须有严格的保护措施，不得有任何的影响和扰动，具体做法是：在正洞的上下台阶开挖时，采用微差毫秒雷管，分段爆破，以减少爆破时的振动。在爆破时，为保证爆破飞石不伤中墙砼表面，影响砼的外观质量，对中墙不小于６０ ｍ范围内表面，用３ ｃｍ厚的木板加橡胶垫防护。

不论是Ⅰ类围岩还是Ⅲ类围岩的开挖，在中导施工后，施工右侧正洞之前，为平衡右侧隧道拱圈的推力，必须完成中墙顶部防水层的设置，在中墙的左侧（距中墙顶１．０ ｍ高度）设置Ｉ１６工字钢横向水平支撑，使中墙受到右侧隧道拱圈的推力后不致发生变形。

３．１．３ 隧道衬砌

仰拱衬砌在隧道开挖紧跟衬砌，二次衬砌在隧道初期支护收敛变形稳定后再进行施工。本隧道左洞出口段存在偏压问题，为了保证左洞出口段安全稳定，左洞出口段二次衬砌先行施工，然后从右洞出口一侧向进口一侧推进施工二衬。隧道二次衬砌采用全断面模板衬砌台车，泵送混凝土浇筑。

３．１．４ 防排水处理

高速公路由于各种预埋设施和行车的需要，对洞内防水要求非常高，必须做到滴水不渗。本隧道设计防水是以排为主，防排结合，具体做法是在二次衬砌与初期支护之间铺设一层复合式橡胶防水板，施工缝处设ＢＷ型止水条，沉降缝处设遇水膨胀止水带，防水板背后每５ ｍ环向设排水板一道，并设置ｄ ５ ｃｍ软式透水管，纵向设ｄ １０ ｃｍ软式透水管，环向与纵向连成三通形式，然后再通过衬砌中预埋的ＰＶＣ管，将水流入洞内水沟，构成完整的排水系统。

３．２ 主要工序施工工艺

３．２．１ 超前小导管的施工

首先沿隧道外轮廓线用电动钻机或凿岩机向外钻空，然后顶入导管，顶入长度不小于管长的９０％，安设止浆塞，用注浆泵压入水泥砂浆，注浆压力０．５ ＭＰａ～１．０ ＭＰａ，达到压力持续１５ ｍｉｎ终止注浆，砂浆达到设计强度的７０％后方可开挖预支护下的围岩。

３．２．２ 钢拱架安装

钢拱架由Ｉ１６型工字钢现场加工制作，在初喷砼之后进行安装。钢拱架按设计位置架设，拱脚必须放在牢固的基础上。与围岩之间的间隙过大时设楔块，楔块可使用钢板或砼块，每侧设置不得少于８点，钢架与围岩之间的间隙必须用喷射砼充填密实。钢拱架要垂直于隧道中线，上下、左右允许偏差±５ ｃｍ，倾斜度不得大于２°。相邻两钢拱架间采取焊接ｄ ２２ ｍｍ连接筋连接。

３．２．３ 喷射砼施工

喷射砼采用湿喷法施工，具体施工方法及工艺为：按施工配合比要求，将砼用料在洞外搅拌机中进行拌和，用搅拌运输车运至洞内，然后送入喷射机中，在喷射机喷头处加入液态４％～７％速凝剂，采用空压机压缩空气动力将混合料喷出，施喷压力为０．１２ ＭＰａ～０．１５ ＭＰａ。喷射分段、分片、分层，由下向上，从无水、少水向有水、多水地段集中，多水处安放导管将水排出。施喷时，喷头与受喷面基本垂直，距离保持０．８ ｍ～１．０ ｍ。第一次喷砼厚４ ｃｍ，喷后断面平整圆顺。第二次喷射时，先将钢架与岩面之间的间隙用喷射砼充填密实，喷射顺序先下后上，对称进行，先喷钢架与围岩之间空隙，后喷钢架之间，钢架应被喷射砼所覆盖，保护层不得小于４ ｃｍ。为减少回弹量，降低粉尘，提高一次喷层厚度，一次喷射厚度控制在６ ｃｍ以下。新喷射的砼按规定洒水养生。

４ 施工中受力体系转换及病害防治

４．１ 受力转换

施工中受力体系转换，包括中导洞临时支护受力体系转换及边墙处受力体系转换。

中导洞在开挖支护后形成的受力结构在正洞施工时需拆除，受力体系将发生转换，只有在正洞初期支护钢拱架支点作用于中隔墙顶面时方可拆除中导洞临时支护。拆除临时支护时，先用同型号工字钢把中导洞不可拆除部分纵向与正洞工字钢焊接相连，然后再切割拆除中导洞临时支护，这样可将中导临时支护的荷载安全传递至中墙顶（见图2）。

Ⅰ类围岩浅埋段，边墙处拱部临时支护工字钢荷载直接作用在直墙已施工直腿上，不存在受力转换问题。Ⅰ类围岩深埋段及Ⅲ类围岩施工时，由于先施工上台阶临时支护，故存在边墙处受力体系转换问题。具体做法是施工上台阶时，边墙一侧工字钢支撑底部用６ ｍ长ｄ ７０ ｍｍ注浆导管水平与洞体相连，注浆导管与工字钢焊接，下台阶开挖施工时，系统锚杆、注浆导管与工字钢焊接共同承载拱部荷载。

经施工验证Ⅰ类围岩深埋段采用台阶法施工从安全上讲可行，并且可节约成本３０万元（每延米约２ ０００元）。

４．２ 病害防治

本隧道为大断面施工的土质隧道，且覆盖层很薄，施工难度相对较大，发生病害的机会也较多，简要介绍如下：

（１）正洞进洞时洞口坍塌。由于本隧道洞口为覆盖层很薄的浅埋土质隧道洞口，正洞进洞时薄薄的覆盖层坍塌不已，无法成洞。鉴于此，我们经过设计院同意，洞口增设２ ｍ长钢筋砼护拱，紧贴洞口自行成洞，加密超前小导管与护拱形成纵横向稳定结构，成功地稳定了洞口薄覆盖层，顺利进洞。

（２）洞口偏压。龟型地隧道出口左侧自然山体陡峭，坡体与洞轴线斜插相交，洞口左侧偏压严重。洞口偏压的一般处理措施是偏压一侧山体回填，但具体到本工程，由于覆盖层太薄，如果施工前回填，左洞洞顶荷载加大，在左洞施工时很可能造成左洞洞身塌方，故施工时，处理措施是左侧山体不预先回填，在施工完左洞初期支护后，计算左洞偏压荷载，根据计算结果回填左侧山体，处理效果很好，保证了左侧山体的稳定。

（３）洞口段雨季山体失稳。本隧道施工中最大的一次风险是雨季的一次山体失稳，在左洞掘进３０ ｍ，右洞掘进７０ ｍ时，正是江西梅雨季节，连绵多日的大雨浸透了洞顶不厚的覆盖层，松软的土体荷载全部作用于洞身初期支护，经监控量测，本已稳定的初期支护又开始变化。２００２年８月１９日，山体变化进入危险期，监控量测拱顶下沉０．３ ｃｍ/ｈ（右洞拱脚处水平收敛变化不大），距洞口２５ ｍ～４０ ｍ（右洞桩号Ｋ１９６＋７１５～＋７００段） 右洞中隔墙顶钢支撑严重扭曲变形，右洞洞顶临时支护多处出现开裂，在紧急事态面前，一方面我们去电请示业主及设计代表，一方面邀请监理及项目部工程师分析事故原因，结论是雨水浸泡山体失稳，在设计代表不能到达工地之前，征求其同意后，启用了事故处理紧急预案。当时有两种方案：其一为洞内全部回填，稳定洞身；其二是中隔墙顶，局部回填，抱稳未回填处开挡钢拱架，并用工字钢纵向串联拱部初期支护，增加变形段初期支护整体稳定性及拱顶局部承载力。考虑到回填时间长，可能会出现新的变化，增加新的风险，并且现场失稳体征是局部失稳，决定采用第二种应急方案。先泵送混凝土回填中隔墙，加固初期支护钢拱架底脚部的稳定，然后用工字钢，把失稳区的初期支护工字钢串联，并与相邻工字钢连接，１５ ｈ后加固工作完成，３０ ｈ后，拱顶下沉监控量测累计０．５ ｍｍ/ｈ，５０ ｈ后，拱顶下沉监控量测累计０．３ ｍｍ/ｄ，山体基本稳定。

５ 中隔墙顶防排水

对于连拱隧道来说，由于中隔墙顶施工空间狭小，施工工序复杂，并且与结构施工相错杂，故而施工难度相当大。目前，在已运营的多条连拱隧道中，中隔墙渗漏水仍然是一个重大缺陷。本隧道施工时，通过对不同施工方案的比选，采用较适合的施工方案，取得较好的防排水效果，通车２年后，中隔墙未出现渗漏水现象。

５．１ 中隔墙顶施工方案的选取

关于中隔墙与二衬施工缝的设置，常见有两种方案，一种是在中隔墙顶直墙部位做成“Ｙ”型施工缝，保证水从“Ｙ”型槽的底部排走；一种是直接在中隔墙直墙部分顶端与中隔墙做出４５°施工缝。第一种方案考虑了中隔墙顶的排水因素，但未考虑中隔墙顶的施工难度，在施工中可行性不强；第二种方案考虑了中隔墙的施工方便，但未考虑中隔墙的排水问题，也不可取。综合考虑上述两种方案，我们采取以下具有可行性的施工方案。

中隔墙直墙部分提高１５ ｃｍ～２０ ｃｍ，在中隔墙顶部二衬接缝以外降低中隔墙形成“凹”型排水槽。在凹型槽内通过复合式橡胶防水板、防水排水材料形成防排水系统。

５．２ 中隔墙顶部防排水施工方法

（１）中隔墙施工时，墙身砼标高提高１５ ｃｍ，墙顶施工缝相应地提高，在保证二衬厚度的条件下，中隔墙顶部内侧做成凹型槽，凹型槽底部做成波浪型。在中隔墙每隔１０ ｍ一道竖向施工缝处，加设ＢＷ—Ⅱ型缓膨胀止水条，杜绝水从施工缝外泄。

（２）中隔墙顶凹型槽内涂刷沥青（或其他防水材料）一道（２～３层）。

（３）中隔墙顶部满铺复合式橡胶防水板。

（４）右（左）洞初期支护钢支撑施工时，要注意保护好中隔墙顶部防水板，防止防水板被钢支撑压破而漏水（在钢支撑与中隔墙施工缝之间由于钢板与工字钢边缘有间隙，预留３ ｃｍ～４ ｃｍ间隙）。

具体做法是，在钢支撑位置，用低标号水泥砂浆做一层２ ｃｍ左右垫层，保证钢支撑底钢板不会直接挤压防水板，同时要把中隔墙防水板与二衬防水板接头部分拉出去并覆盖好，以免初期支护喷射砼把防水板喷到后无法清理干净，影响防水板黏结质量。

（５）因左右洞同一侧掘进必须错开３０ ｍ以上，故中隔墙顶部防排水施工不能同时进行，只有当后施工的正洞初期支护施工后，才能进行中隔墙顶防排水施工。

（６）纵向排水管埋设完毕，上面铺设３０ ｃｍ厚干净、透水性的２ ｃｍ～４ ｃｍ单粒级配碎石，用土工布覆盖并用砂浆把土工布周边压紧固定。

（７）中隔墙顶空腔回填，常用有几种方案：一是采用级配碎石注浆回填，二是采用喷射砼（或灌注砼）回填。考虑到上述两种方案，容易造成中隔墙排水系统堵塞，我们不予采用，而采用中隔墙顶部空腔用浆砌片石回填的方案。回填时，让工人小心谨慎地把中隔墙顶部空腔全部填充密实，不让中洞顶与回填层之间有空隙，这样既可以保证中隔墙顶回填密实，又可以保证洞顶渗水有路可排。

（８）在二衬防水板与中隔墙预铺防水板衔接处，我们预留有３ ｃｍ～４ ｃｍ间隙，在二衬施工之前黏结防水板时，我们在间隙处纵向通长预埋整条ｄ ５ ｃｍ软式透水管，保证波浪型凹槽内不会积水，做到了更进一步的防排水。

６ 监控量测

双洞连拱隧道施工，监控量测是一项重要的内容。由于不同的隧道有不同的地质情况，即使相似的隧道，在施工中遇到的问题也是千变万化的。双洞连拱隧道开挖断面较大，且本隧道为土质隧道，围岩自稳、成拱能力较差，所以在施工中主要依靠严密的监控量测数据来指导施工。监控量测是保证施工安全的重要手段，也是提供支护参数、指导施工的主要信息来源。主要量测项目有地表下沉、拱顶下沉、围岩收敛及地质变化情况。

６．１ 净空相对位移量测

通过现场测得的结果，隧道Ⅰ类围岩周边收敛量测值呈不稳定状态，及时施作了钢筋混凝土二次衬砌（衬砌厚度６０ cm），施工完毕进行拱顶下沉和位移收敛观测无变化，说明二次衬砌后山体稳定。中间Ⅲ类围岩经过观测并对结果进行回归分析，收敛值趋于稳定，且后施工的隧道与先施工的隧道变形相差不大，说明支护参数和施工方法是安全、可行的。

６．２ 拱顶和地表下沉量测

在隧道开挖支护过程中埋入观测计或锚固件，用精密水准仪悬挂塔尺量测拱顶下沉量，洞口浅埋段地表沉降观测采用精密水准仪。

６．２．１ 隧道拱顶下沉

洞口浅埋段第一测点，覆盖层较薄，荷载较小，下沉量变化不大；其余Ⅰ类围岩段，拱顶下沉在拱架施工完毕一周内变化较明显，随着时间推移，逐渐减小，累计下沉量最大值为７４ ｍｍ（局部失稳处最大值为１２５ ｍｍ）；Ⅲ类围岩下沉量较小，累计下沉量最大值为３４ ｍｍ。

６．２．２ 地表下沉量测

在洞口段地表埋设测点，进口处地表累计最大下沉量为４８ ｍｍ，出口处地表累计最大下沉量为７９ ｍｍ。

７ 施工评价

龟型地隧道原设计为拉沟，经对比设计采用双连拱隧道方案比采用拉沟方案节约费用３００多万元，且可以更好地保护当地植被，保护水土资源，故采用了双连拱方案。

在隧道施工中，根据现场情况及施工经验，我们对Ⅰ类围岩深埋段采用了上下台阶法施工，较大幅度地降低了施工成本，每延米节约成本２ ０００元。对双连拱隧道薄弱环节中隔墙防排水，我们通过ＱＣ攻关，重点钻研，优化施工方案，严格把关，细心施工，完全做到了滴水不漏，获得了业主的一致好评，取得了较好的经济与社会效益，在通车２年后，部优工程申报时，中隔墙没有渗漏水情况出现。