淺談雙連拱隧道施工技術與施工方法

李艷明

（中鐵建十八局國際工程公司，天津 300222）

淺談雙連拱隧道施工技術與施工方法

李艷明

（中鐵建十八局國際工程公司，天津 300222）

隨著高速公路和城市道路建設的發展，雙連拱隧道由于其不僅能滿足上、下行車分離的要求，而且具有接線難度小、占地少、環境保護好，在平面線路、洞口位置等選擇的自由度大的特點，在500m以下的短隧道設計中已普遍采用.在施工過程中，雙連拱隧道施工方法主要為三導洞分步施工法、中導洞施工法、單洞施工法、雙洞全斷面半行施工法.

雙連拱隧道；新奧法；挪威法；施工方法

據文獻報導，雙連拱隧道于1974年在日本伊祖隧道首次被采用[4]，后來在一些歐美國家也被先后采用，我國是20世紀90年代陸續開始采用，隨著高速公路和城市道路建設的發展，雙連拱隧道作為隧道類型中的一種，由于其不僅能滿足上、下行車分離的要求，而且具有接線難度小、占地少、環境保護好，在平面線路、洞口位置等選擇的自由度大的特點，在500m以下的短隧道設計巾已普遍采用.但是由于雙連拱大跨度隧道在受力分析上存在許多不利因素，在施工技術和施工方法上還不完善，尚處于摸索和積累經驗階段，因此其施工難度是很大的.

國內單洞隧道施工技術已十分成熟，而雙連拱隧道因其受力結構復雜、可供借鑒的施工經驗還不多，其施工技術和施工方法尚在探討和摸索之中.本文將根據目前雙連拱隧道的發展狀況淺談其施工技術與施工方法.

1 雙連拱隧道的施工技術

經過各國隧道建設的實踐，目前國內外廣泛采用的隧道施工技術主要有新奧法和挪威法.相對而言，新奧法更適用于軟至中硬巖隧道，而挪威法更適用于中硬至硬巖隧道. 1.1 新奧法施工技術.新奧法（NATM）是新奧地利隧道施工方法的簡稱,在我國常把新奧法稱為“錨噴構筑法”.是于20世紀70年代末期經過日本傳人我國的，經過近30年的實踐，已成為目前我國隧道施工的主導方法，不管硬巖還是軟巖，大都采用新奧法.但同時也發現了新奧法在中硬至硬巖隧道建設中的嚴重不足，如開挖量大、建設成本高、維修困難等.

新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用,采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段,對圍巖進行加固,約束圍巖的松弛和變形,并通過對圍巖和支護的量測、監控,指導地下工程的設計施工.使用此方法進行施工時，對于巖石地層，可采用分步或全斷面一次開挖，錨噴支護和錨噴支護復合襯砌，必要時可做二次襯砌；對于土質地層，一般需對地層進行加固后再開挖支護、襯砌，在有地下水的條件下必須降水后方可施工.

采用新奧法時要掌握3個基本點：（1）圍巖是隧道穩定的基本部分，支護是為了與圍巖共同形成能自身穩定的“承載圈”或支承單元，應盡量維護圍巖體的強度性能，盡量減少對圍巖的擾動；（2）支護和襯砌要薄且具有柔性，并與圍巖緊密貼合，使因受彎曲而發生破壞的可能性達到最小.主要采用錨桿、噴射混凝土、鋼筋網、鋼支撐等支護為主進行加固；（3）正確地估計圍巖特性及其隨時間的變化，進行必要的監控量測，根據圍巖分類，自穩時間和位移變形速率等參數，選擇最適宜的支護參數.

采用新奧法施工要求整個施工過程必須進行監控量測，通過監控量測得出圍巖和支護結構的承載—變形—時間特性，監視施工狀態，控制圍巖和支護結構的變形，并及時采取措施，保證隧道施工能安全地進行.

采用該方法修建地下隧道時，對地面干擾小，工程投資也相對較小，已經積累了比較成熟的施工經驗，工程質量也可以得到較好的保證.新奧法廣泛應用于山嶺隧道、城市地鐵、地下貯庫、地下廠房、礦山巷道等地下工程.

1.2 挪威法施工技術.由于施工快速、建設成本和維修成本低等特點，挪威法已在國外，特別是西方國家得到廣泛應用，被證明為一種非常有效的隧道施工方法.

挪威法在有些理念方面與新奧法很相似，如都強調巖體自身的承載作用，支護只是輔助手段.但很多方面有較大的區別，挪威法特別重視施工前的地質勘探(兩次)，約占總費用的3%～5%，挪威法由于無需超前地質預報，大大減少原型觀測工作，不采用二次襯砌，使得建設總成本大大降低(20%～30%)，同時減少了大量施工工序，可實現快速施工.采用可自立式錨桿和鋼纖維混凝土，實現安全快速施工.特別是挪威法采用自立式防水層，由于無二次襯砌，防水板漏水時可局部修補，維修非常方便，維修費用低，且不影響運營.另外，挪威法具有一整套表格和經驗公式供具體實施，可操作性強.因此，在中硬至硬巖隧道中，挪威法較新奧法具有無可比擬的優越性.

挪威法強調爆破后工程師在掌子面進行地質觀測，并根據觀測結果進行支護結構設計，做到真正意義上的動態施工和信息化實施，使支護結構設計更合理.挪威隧道施工方法是一種真正意義上的動態施工和信息化施工.強調每次爆破后對掌子面附近的地質情況進行觀察和描述，計算出巖石質量Q值，并根據Q值及現場觀測結果進行支護結構設計.雖然風險分享系統及其他施工管理也是挪威法的特色，但從技術層面來看，挪威法的特色更在于它的圍巖分類系統(Q值法)和離散單元法的應用.

2 雙連拱隧道施工方法的種類

目前雙連拱隧道施工方法歸納起來可分為4種：(1)三導洞分步施工法；(2)中導洞施工法；(3)單洞施工法；(4)雙洞全斷面半行施工法.

2.1 三導洞分步施工法.三導洞分步施工法其工序流程為：(1)中導洞開挖及支護；(2)中隔墻襯砌；(3)左導洞開挖及支護；(4)左側邊墻襯砌；(5)右導洞開挖及支護；(6)右側邊墻襯砌；(7)左洞上半斷面開挖及支護；(8)左洞拱部襯砌；(9)右洞上半斷面開挖及支護；(10)右洞拱部襯砌；(11)左洞下半斷面開挖及仰拱襯砌；(12)右洞下半斷面開挖及仰拱襯砌.

這種施工方法采用三導洞分步施工法，安全可靠，特別是很好地處理了左、右洞拱部施工由不對稱性到左、右洞拱部施工完畢后的對稱結構體系轉換，確保了結構在施工過程中的安全.對于地質情況很差、埋深較淺的軟弱圍巖(I類、Ⅱ類)，采用三導洞分步施工法比較穩妥.但由于施工工序多，對圍巖和已建結構存在多次擾動，不同部位襯砌間隔時間長，使得施工縫更加明顯.而且拱墻襯砌分步施工，防水系統施工質量難以保證，特別是中墻頂處易出現滲漏水現象.從經濟上考慮，由丁多導洞開挖和支護，加大了成本，隧道造價高；由于多導洞施工工序多，施工工序分步多，施工斷面小，不利于大型機械作業，工期較長.

2.2 中導洞施工法.對于Ⅲ類或Ⅲ類以上圍巖，可以考慮不設兩側導洞，而是中導洞中墻施工后，直接進行左、有正洞的開挖，正洞開挖方法可采取全斷面法、正臺階法等.中導洞施工法其工序流程為：(1)中導洞開挖及支護；(2)中隔墻澆筑；(3)左洞開挖及初期支護；(4)左洞二次襯砌；(5)右洞開挖及初期支護；(6)右洞二次襯砌.

相對三導洞分步施工法，采用中導洞施工法減少了兩個邊導洞的施工，拱墻采取整體一次襯砌；工序較簡單，機械化程度較高，臨時支護工作量減少，施工進度較快，節約投資；而且中導洞先施工，也起到了超前探明隧道地質情況的作用，為左、右正洞施工創造了條件.

2.3 單洞施工法.單洞施工法的工序流程為：(1)左洞開挖、初期支護及中墻澆筑；(2)左洞二次襯砌；(3)右洞開挖及初期支護；(4)右洞二次襯砌.對單個隧道而占其施工技術已經很成熟，根據圍巖情況可采用全斷面法、正臺階法和其他分步施工方法(如CRD法、眼鏡法等)，因此單洞施工法適用范圍比較廣.施工中左、右洞按單洞前后錯開施工.

采用單洞施工法要注意如下內容：(1)對于先施工的單洞，中墻部分也一并開挖支護和襯砌，中墻頂部圍巖應根據具體情況加強支護.(2)中墻頂部采用錨桿與圍巖連接，給先施工的洞室提供支持力，保待結構平衡.(3)后施工的單洞則應特別注意不對稱受力的影響.后開挖的單洞，最好采用上、下臺階分步開挖，尤其要嚴格控制下臺階的開挖長度，下臺階開挖后要及時做二次襯砌，最大限度地縮短不對稱結構，確保結構在時間和空間上的安全性.原則上，后開挖的洞要在先開挖的洞施工完主體結構后才能進行，尤其是要在仰拱施工完后，使之形成閉合受力結構；后開挖的洞，在開挖靠中墻部分的圍巖時，可以通過控制爆破，減少對中墻的破壞.下臺階開挖時可采取先施工遠離中墻一側圍巖，增加靠中墻一側圍巖的爆破臨空面.

單洞施工法減少了工序，降低了對圍巖的擾動，縮短了全斷面結構建成時間；同時采取單洞防排水系統，保證了防水、排水施工質量；減少了導坑開挖支護，降低工程造價；工程進度快，工期較短.

2.4 雙洞平行施工法.雙洞平行施工法工序流程為：(1)左、右洞開挖及初期支護；(2)中墻開挖及中墻襯砌；(3)中墻頂部開挖及支護；(4)左、右洞襯砌.

雙洞平行施工法開挖左、右洞時，要特別注意中隔墻巖柱的穩定，使之能平衡左、右洞圍巖傳遞來的應力.開挖中隔墻巖柱采取跳槽式開挖，開挖長度控制在4～5m左右，開挖前采用長錨桿加固中隔墻頂部圍巖，開挖后要立即進行中墻襯砌和左、右洞二次襯砌.

這種施工方法保留中墻巖柱，左、右正洞同步掘進，施工工序簡單，結構受力傳遞明確，襯砌完整性較好，施工進度快.該施工方法適用于圍巖穩定性好的硬巖隧道，對于軟土隧道施工，安全難以保證，不宜使用.由于襯砌工序不宜落后開挖點過長(不宜超過30m)，工序干擾大.

3 幾點體會和建議

3.1 當前和今后很長一段時間，我國將修建大量的隧道和地下工程，雙連拱隧道的修建量大大增加.因此在有必要引進和推廣當今世界上廣泛采用的挪威施工方法，徹底改變我國目前中硬至硬巖隧道仍采用新奧法這一極不合理的局面.

3.2 從以上4種施工方法中可以看出：雙連拱隧道施工其核心在于中墻的施工，中墻是整個隧道受力轉換和受力平衡的支撐點，各種施工方法也都是圍繞著中墻施工來進行.

3.3 中墻頂防水處理是雙連拱隧道防排水的關鍵，通過施工實踐表明，采取按兩個單洞獨立設置防排水系統更加合理可靠，很好地解決了中墻頂滲漏問題.

3.4 采取大斷面施工是目前雙連拱隧道施工的發展趨勢，而雙連拱隧道大多處在淺埋、偏壓地質條件下，因此認真做好超前預支護對雙連拱隧道施工十分重要，必要時采取預注漿等措施加固地層和改良地層，充分調動和利用圍巖的自承作用，減少對圍巖的擾動.

3.5 在圍巖稍好的情況下,雙連拱隧道正洞施工采用下導超前的全斷面法比較合適.雙跨連拱結構跨度大，開挖時采取多次爆破加大了對圍巖和已建結構的擾動和破壞，也不符合充分利用圍巖自承作用的新奧法原理；而采取下導適度超前施工，增加了全斷面開挖的臨空面，減少了爆破用藥量，大大減弱了爆破對圍巖的破壞.

〔1〕李健清.雙連拱隧道施工方法探討.公路，2005.

〔2〕張治國.雙連拱隧道施工技術探討.建筑與工程，2008.

〔3〕田如金.雙連拱隧道施工問題研究.科技創新導報，2008.

〔4〕秦榮旺.雙連拱隧道施工方法淺析.中國水運,2008:129.

U455.4

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1673-260X（2010）05-0114-02