隧道喇叭口及大跨段施工技術

劉輝

摘 要：毛羽山隧道進口段喇叭口斷面特殊，不同斷面間過渡段多，在前期施工中對隧道圍巖特性作了詳細研究后制定了小間距兩單線隧道、連拱隧道及大跨隧道段的開挖順序及施工方案，以及不同隧道斷面之間進行過渡的復雜施工方案，對于跨度大、圍巖軟弱及構造復雜的高風險隧道段，詳細闡述了開挖及支護方案，為以后類似鐵路隧道斷面施工提供了一定的借鑒意義。

關鍵詞：單線隧道；雙連拱隧道；大跨隧道；臺階法；雙側壁導坑法

中圖分類號 文獻標識碼 文章編號

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（C）-0000-00

0 引言

近年來隨著高速鐵路的快速發展，雙線大跨隧道設計越來越多，對于隧道施工技術提出了更高的要求，特別是車站與隧道相連時，設計一般為喇叭口及大跨斷面，斷面變化大，再加上隧道口圍巖相對較差，無疑增加了施工難度。因此，高鐵隧道喇叭口及大跨段施工方案的探討和實踐應用非常重要，對于提高施工質量及施工安全、加快施工進度，降低施工成本均有一定意義。本文針對毛羽山隧道進口段特殊斷面方案制定及應用效果進行探討。

1 工程概況

蘭渝鐵路毛羽山隧道全長8504m。進口段受宕昌車站進洞的影響，設計為喇叭口隧道。平面布置見圖1。

根據隧道進口已施工段揭示，該段地層巖性屬于高地應力軟巖地段，地層以三疊系薄層炭質板巖為主，巖層直立，走向與洞軸線呈小夾角，對圍巖穩定性影響較大，邊墻自穩能力差，且易發生軟巖大變形或坍塌情況，尤其是線間距較小的兩單地段、雙連拱、大跨地段，由于結構復雜，施工難度極大。

按照毛羽山隧道喇叭口及大跨段調整后的布置形式，由于兩單間凈間距越來越小，施工影響越來越大，為保證施工和結構安全，對DK278+566～+900段隧道進行了專項設計，可依次劃分為兩單線段（DK278+566～+660、DyK278+524～+660）、連拱段（DK278+660～+720）及大跨段（DK278+720～+900）。

2 施工方案

2.1 兩單線地段

結合現場情況，單線隧道采用三臺階法施工，左線隧道DK278+566～+660段先行施工，先行段采用雙層襯砌結構，外層襯砌為主要受力結構，內層襯砌視為預留補強，根據現場變形、收斂等情況考慮施作的必要性及施作時機。右線隧道DyK278+524～+660段開挖滯后左線第一層二襯，滯后左線掌子面約75m。

對于高地應力軟巖大變形段，采用三臺階（微臺階）仰拱快速封閉法進行開挖，三臺階同步推進，初支仰拱及時封閉成環。三臺階法開挖見圖2。

施工要點：

（1）五個作業點（上臺階1個，中臺階2個，下臺階2個）同時推進；利用中臺階出渣的同時，上臺階開始立架施工，待出渣完成，中下臺階開始立架時，上臺階噴漿，然后中下臺階同時噴漿；

（2）仰拱緊跟下臺階，有工作長度就及時施作，確保初支及時封閉控制變形，同時二襯緊跟；

（3）仰拱距掌子面距離不得大于35m，二襯距掌子面距離不得大于70m。

2.2 雙連拱段

雙連拱DK278+660～+720段采用中導洞法施工。施工時先施工中導洞，中導洞貫通后，從里向外倒退施作中隔墻，中隔墻施作完成后及時將其兩側空洞用沙袋回填反壓密實。待回填完成后開挖施作先行側隧道，再開挖另一側，完成后及時二次襯砌。施工順序見圖3。

2.2.1 單線向中導洞過渡

待單線小間距隧道左線隧道開挖至DK278+655（距離連拱端頭5m距離）、右線開挖至DyK278+650時，掌子面均停止掘進，并分別跟進仰拱和二襯。待左側仰拱施工至掌子面DK278+655，開始采用中導洞斷面向兩線間弧形過渡，過渡平面見圖4。

施工要點：

（1）在左線DK278+655隧道左邊墻處，中導洞右邊線以隧道左線中線夾角為36°往右線方向掘進，掘進至DyK278+662，然后開始沿著線路中線前行；

（2）左邊線從距隧道左邊墻2.3m處以隧道左線中線夾角為36°往左線方向掘進6m后，按曲率半徑為15m的圓弧線往前過渡，過渡段長8.5m。中導洞的隧底標高為正洞隧底鋪底面下144cm。

2.2.2 中導洞施工

中導洞采用上下臺階法開挖，開挖完成后，由里向外依次澆注中隔墻（從DK278+720向DK278+660）。

2.2.3 左右洞開挖、支護及二襯

中隔墻澆注完成后，為防止在正洞開挖過程中導致中隔墻傾覆，開始回填中導洞，然后左右洞分別開挖支護，完成后澆注兩側二襯混凝土。施工步驟如圖3所示。

2.3 大跨地段

DK278+720～+900段屬超大斷面隧道，共分三種斷面形式：

（1）DK278+720～+765段加寬6m斷面，開挖寬度21.86m，開挖高度17m；

（2）DK278+765～+810段加寬4.4m，開挖寬度20.06m，開挖高度15.9m；

（3）DK278+810～+900段加寬2.9m，開挖寬度18.36m，開挖高度14.83m；該段最大跨度18.16～21.66m，高17m。

該段隧道跨度大、圍巖軟弱、構造復雜、高地應力水平屬高～極高狀態，施工組織復雜、施工安全風險大，施工時采用雙側壁導坑法開挖施工。

2.3.1 大跨段施工順序

從連拱端頭開始縱向20m范圍找頂，形成3.6m長的全斷面工作面，再采用雙側壁導坑法向重慶方向開挖大跨，完成后反向擴挖20m的找頂段。大跨段施工時左、右側壁導坑超前采用兩臺階法，中柱滯后采用三臺階法開挖。施工順序詳見圖5。

2.3.2 大跨段找頂施工

連拱和最大跨段拱頂高差為4.35m，同時兩拱頂不在同一縱軸線上。為降低找頂難度，先從連拱縱向爬坡20m找到連拱對應的大跨邊界，再橫向弧形爬坡找到大跨頂，形成工作面。連拱和大跨交界處見圖6。

施工方案如下：

（1）在連拱段仰拱全部完成，二襯兩側均施工55m后，按照圖7中a圖斷面形式進行縱向找頂施工。臨時導洞斷面凈空位：7m×5.72m，超前支護采用φ42的小導管，間距40cm，長度3m；支護采用I20b，1榀/0.6m，噴射混凝土厚27cm；鎖腳采用φ22的砂漿錨桿，1榀/8根，長4m；

（2）找頂到位，爬坡長度20m，高度3.6m，縱坡18%；

（3）找頂到位后，按照圖7中c圖斷面形式向前平坡開挖3.6m的超前洞室。洞室的支護結構和找頂洞室一樣；

（4）按照圖7中a圖斷面和支護結構完成圖7中d圖運輸通道的開挖支護；

（5）從超前導洞的位置垂直線路方向沿大跨外輪廓環向弧形找頂。弧形坑道開挖寬度3.6m，高度5.8m，每次進尺2榀；支護采用I22b門型鋼架，1榀/0.6m，縱向連接采用[10，間距1米，噴射混凝土30cm厚，鎖腳采用φ22砂漿錨桿，每榀12根；

（6）按照設計施作系統注漿錨管；完成后開始在門架內側安裝6榀大跨段上臺階的H200支護鋼架，間距1榀/0.6m，并按照設計施作鎖腳錨桿和噴射混凝土；

（7）從超前導洞的位置垂直線路方向開挖中臺階，順接門式鋼，加橫撐；并及時施作中臺階初期支護；

（8）從超前導洞的位置垂直線路方向開挖下臺階，順接門式鋼，加橫撐；并及時施作下臺階初期支護；

（9）分部開挖仰拱，順接門架，封閉結構鋼架，并及時澆注仰拱和填充混凝土；

（10）找頂完成，根據監測數據待結構穩定后，拆除門架，讓大跨初期支護受力，為下一步正常開挖提供工作面。

2.3.3 大跨段開挖、支護

大跨段隧道采用雙側壁導坑法開挖施工。施工工序見圖8。

施工步驟如下：

（1）在超前支護保護下，開挖左側上、下臺階，即①、②部，每次開挖長度為0.6～0.8m（根據鋼架間距確定），并及時施作初期支護及臨時底撐，確保封閉成環。施工時①部超前②部3m，方向自DK278+740向至DK278+900；

（2）在滯后左側側壁②部5m后，在超前支護保護下，開挖右側上、下臺階，即③、④部，每次開挖長度為0.6～0.8m（結合鋼架間距確定），并及時施作初期支護及臨時底撐，確保封閉成環。施工時③部超前④部3m，方向自DK278+740向DK278+900；

（3）待④部超前3m后，在超前支護保護下，開挖中導洞左上臺階，即⑤部，每次開挖長度為0.6～0.8m（結合鋼架間距確定），并及時施作初期支護；

（4）待⑤部超前3m后，在超前支護保護下，開挖中導洞右上臺階，即⑥部，每次開挖長度為0.6～0.8m（結合鋼架間距確定），并及時施作初期支護；

（5）待⑥部超前3m后，開挖中導洞中臺階，即⑦部，每次開挖長度為0.6～0.8m（結合鋼架間距確定），并及時施作初期支護及臨時橫撐；

（6）待⑦部超前3m后，開挖中導洞下臺階，即⑧部，每次開挖長度為0.6～0.8m（結合鋼架間距確定），并及時施作初期支護；

（7）待⑧部超前3m后，開挖左側導洞仰拱，即⑨部，每次開挖長度為0.6～0.8m（結合鋼架間距確定），并及時施作仰拱初期支護及接長臨時豎撐，確保封閉成環；

（8）待⑨部超前3m后，開挖右側導洞仰拱，即⑩部，每次開挖長度為0.6～0.8m（結合鋼架間距確定），并及時施作仰拱初期支護及接長臨時豎撐，確保封閉成環；

（9）待⑩部超前3m后，開挖中部仰拱，即

部，每次開挖長度為0.6～0.8m（結合鋼架間距確定），并及時施作仰拱初期支護，確保封閉成環；

（10）待 部仰拱初期支護施作完成后，及時施作仰拱及仰拱回填；

（11）待隧道成洞長度8～10m時，拆除臨時支護噴混凝土及鋼架。一次拆除長度控制在10m以內。拆除臨時支撐，及時施作第一層襯砌；

（12）待第一層襯砌達到設計強度的100%時及時施作第二層襯砌；

（13）隧道施工應堅持“支護超前、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的原則；

（14）拱腳及墻腳處鋼架打設鎖腳錨桿，確保鋼架基礎穩定；

（15）根據施工時的實際情況，必要時對掌子面噴射C25混凝土進行封閉。

2.3.4 大跨段襯砌施工

由于大跨段斷面變化比較頻繁（三種斷面進行過渡，分別為標準斷面加寬6m、4.4m、2.9m），因此，采用剛度和強度大、方便拆裝的專用臺車進行襯砌（臺車長10m）。為確保施工安全，待仰拱封閉長度可以滿足臺車拼裝后及時拼裝臺車，進行二襯施工。

大跨段二次襯砌采用主副門架法，主門架結構保持不變，副門架根據斷面變化調整尺寸，從而減少門架拆裝工作量，提高工作效率，有利于襯砌結構安全。施工順序為從大斷面向小斷面施工，即由DK278+740向DK278+900施工。

施工時當第一加寬段施工完畢后，拆除模板，解除主副門架鎖定，移動主門架至第二加寬段，拼裝副門架，完成主副門架連接，最后安裝模板（主副門架采用同一種材質，連接靈活、牢固）。

3 結束語

經過幾個月的施工，兩單線及雙聯拱段已經順利施工完成。在施工過程中未發現初支開裂、大變形或換拱等安全質量事故。大跨段的左、右側壁導坑已施工至正常斷面處，其它工序正按照上述施工方案有條不紊的進行著。實踐證明毛羽山隧道喇叭口及大跨段的施工方案是基本符合毛羽山隧道施工現場。

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