大跨度雙連拱隧道開挖順序優(yōu)化

摘要：羅漢山隧道為雙連拱隧道，雙向八車道，凈寬2×17.5米，為目前在建的國內乃至世界上寬度最大的公路隧道之一。本文主要敘述通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化隧道開挖順序，在保證隧道施工質量安全的前提下加快施工進度。

關鍵詞：連拱隧道；優(yōu)化設計；開挖及支護方案；監(jiān)控量測

1 工程簡介

福州市長樂國際機場高速公路二期工程全長26公里，與福州繞城高速公路機場連接線相接。羅漢山隧道為雙向八車道特大斷面、超淺埋、連拱隧道，左右兩側各設有三環(huán)路輔道隧道，與高速公路形成小凈距+連拱+小凈距的特大群體隧道群。隧道全長248米，縱坡采用0.5%。單洞最大開挖寬度達20.81m，高度為13.811m。隧道最大埋深約為30m，最淺進口埋深約為2m，進口較長地段偏壓明顯。

羅漢山隧道位于低山丘陵區(qū)，地表覆蓋薄層殘坡積土，進出口基巖風化層較厚，場區(qū)植被發(fā)育。隧道進出口自然斜坡穩(wěn)定，天然坡度為10～30°。隧道場區(qū)表層為第四系薄層殘坡積土（Qdl），下伏基巖為燕山晚期侵入花崗巖（γ53）及其風化層。隧道進出口現(xiàn)有邊坡穩(wěn)定。

本隧道區(qū)地下水主要為風化層孔隙裂隙水和基巖裂隙水，其富水性及導水性弱～中等，主要接受大氣降水及地下水側向補給，流量隨季節(jié)性影響而變化較大。

2 問題的提出及方案確定

羅漢山隧道作為雙向八車道連拱隧道，國內沒有成熟的施工工藝，隧道施工技術規(guī)范也僅僅對雙向六車道連拱隧道的施工有指導性的要求。根據(jù)設計要求，羅漢山隧道施工按照雙側壁導坑法進行施工，單洞每循環(huán)分七步開挖，順序為：外側壁上導坑→外側壁下導坑→內側壁上導坑→內側壁下導坑→中部上臺階→中部中臺階→中部下臺階，工序多，開挖進度緩慢。

目前鉆爆法大跨度隧道的開挖方式一般采用雙側壁導坑法或CRD法，兩種方式的優(yōu)劣對比也比較明顯：

（1）雙側壁導坑法在施工過程中分步施工尺寸較小，每步隧道開挖和支護時間較短，與CRD法相比較，可以更有效地增強隧道圍巖自身承載能力、發(fā)揮隧道初期支護的承載能力、增加二次襯砌對隧道的安全儲備，且可以減弱施工過程中對中墻的不利影響。

（2）雙側壁導坑法施工對隧道頂板圍巖豎向位移和地表沉降的控制比較有利；CRD法對隧道拱腰部位圍巖水平變形的控制比較有利。

（3）雙向八車道隧道拱頂圍巖下沉量較大，邊墻水平變形較小；隧道初期支護內力在邊墻位置的內力要大于拱頂位置的初期襯砌內力。

根據(jù)對比對主洞開挖面進行了優(yōu)化，減少主洞施工工序，將內側壁下臺階和中部下臺階一起開挖，變7工序開挖為5工序開挖，即保留了雙側壁導坑法安全性，又兼顧了CRD法施工進度較快的性質。

在施工過程中加強對隧道拱頂圍巖下沉變形的監(jiān)測，注意控制拱頂圍巖變形；初期支護施作時應注意隧道邊墻位置的施工，確保初期支護安全有效承載。

3 監(jiān)控量測成果及數(shù)據(jù)分析

3.1 羅漢山隧道監(jiān)控量測項目

①地表下沉和邊坡位移量測

根據(jù)邊坡變形量判定開挖對邊坡變形的影響，以確定邊坡加固、隧道支護結構。

②周邊收斂量測

周邊圍巖體的穩(wěn)定性；初期支護的設計與施工方法是否妥善；二次襯砌的澆注時間等

③拱頂下沉量測

監(jiān)視隧道拱頂下沉，了解斷面的變形狀態(tài)，判斷隧道拱頂?shù)姆€(wěn)定性。

3.2監(jiān)測頻率與監(jiān)測次數(shù)

參考《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTJ042—94），監(jiān)控斷面圍巖周邊位移、拱頂下沉、地表下沉等監(jiān)測項目的監(jiān)測頻度與監(jiān)測次數(shù)32次。

實際測量頻率根據(jù)前幾次測量情況而定。當觀測值相對穩(wěn)定時，可適當降低觀測頻率；當達到報警指標或觀測值變化速率加快或出現(xiàn)危險事故征兆時，應加密觀測。

3.3報警指標

參考《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTJ042—94）中對允許拱頂下沉量和允許周邊位移收斂值為0.10～0.30%。

圍巖穩(wěn)定的數(shù)據(jù)表現(xiàn)：

（a）各測試項目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定。

（b）已產(chǎn)生的各項位移已達預計總位移量的80%-90%。

（c）周邊位移速率小于0.1-0.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.07-0.15mm/d。

3.4監(jiān)控量測數(shù)據(jù)。

3.4.1拱頂下沉

ZK24+670拱頂下沉累計值統(tǒng)計一覽表

羅漢山隧道監(jiān)測斷面累計拱頂下沉值（mm）變化趨勢備注

左拱頂拱頂右拱頂

ZK24+670左導-5.85——穩(wěn)定

ZK24+670核心—-0.66—穩(wěn)定

ZK24+670全斷面-0.36-1.62-0.50穩(wěn)定

3.4.2收斂變形

ZK24+670收斂位移累計一覽表

隧道監(jiān)測斷面累計收斂值（mm）變化趨勢備注

ABACBC

羅漢山隧道右洞ZK24+6701.29-0.151.67穩(wěn)定

3.4.3邊坡位移量測

羅漢山隧道出口邊坡累計位移量統(tǒng)計一覽表

測點累計位移量（mm）起測日期截止日期備注

XYZ矢量和

P1-2.9016.75-4.4517.572008-1-222008-11-25

P2-10.0518.20-20.7529.372008-1-222009-4-21

P3-9.1515.80-13.6022.772008-1-222009-4-21

P4-8.9010.95-19.3523.952008-1-222009-4-21

P5-11.5029.10-97.00101.922008-1-222009-4-21

說明：所有測點均由于位移變化已經(jīng)穩(wěn)定而停測。

4 結論

優(yōu)化后的開挖施工工序，經(jīng)過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，完全切實可行，不但克服了雙側壁導坑法施工工作面多，進度緩慢，大型機械難以發(fā)揮自身功效的弊端，縮短了工期，還為為項目取得良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] JTJ026-90，公路隧道設計規(guī)范[S].

[2] JTJ042-94，公路隧道施工規(guī)范[S].

[3] 許崇幫，夏才初，朱合華.雙向八車道連拱隧道施工方案優(yōu)化分析.巖石力學與工 程學報，2009，Vol.28（1）：66-73.