板河口連拱隧道淺埋、偏壓段開挖施工分析

文/游永華

1 前言

雙連拱隧道自1974年在日本伊祖隧道首次應用以來，一直都是各國隧道研究的重點課題之一。國內有關雙連拱隧道的研究始于20 世紀90年代，周玉宏、趙燕明等對云南元磨高速公路橋頭偏壓雙連拱隧道三種不同的施工順序進行了二維分析，得出了先開挖外側主洞、后開挖內側主洞的合理施工順序；陳少華、李勇對同三線黃云嶺雙連拱隧道各個施工階段圍巖的穩定性、初期支護和二次襯砌的受力狀態等進行了二維分析，得出為使結構應力分布合理，初期支護和仰拱應盡早施作的結論。總體上，我國連拱隧道研究起步較晚，結構形式單一，在設計及施工方面都還存在一些問題，有待進一步深入研究和解決。

2 淺埋下穿公路段隧道開挖施工技術

板河口隧道位于昆明市東川區北側城郊，隧道全長355m，最大埋深60m，為一座連拱隧道。全隧穿越小江東支斷裂帶，巖層多為中風化或強風化白云巖和斷層角礫，巖層呈裂隙發育，異常破碎，圍巖自穩性較差。隧道進口下穿S207 省道，埋深6m；隧道出口位于山體靠陡坡一側，原地貌山體坡度約75°，洞口仰坡垂直高度50～60m，中隔墻及洞身結構受山體偏壓影響大。

由于隧道進口淺埋下穿公路段洞頂最小埋深6m，且覆蓋層多為人工回填土，上方公路車流量及荷載較大，隧道穿越小江地震斷裂帶，圍巖破碎，為保證隧道安全進洞，創新采用“中導洞-雙側拱部分步法”進行淺埋下穿公路段施工，最大限度減少施工安全風險，提高施工質量[1]。

“中導洞-雙側拱部分步法”具體施工步驟如下：

2.1 開挖工序圖

圖1“中導洞-雙側拱部分步法”施工工序圖

圖2 A 接頭板示意圖

圖3 B 接頭板示意圖

2.2 詳細施工步驟

2.2.1 先開挖中導洞①，施作中導洞初期支護，中導洞貫通后澆筑中隔墻。

2.2.2 中隔墻施工完成后，人工配合小型機械前后交錯開挖②部，原則上先開挖偏壓一側正洞，后行洞掌子面距先行洞二次襯砌端頭不應小于20m，開挖高度3.8m，開挖面積22.3m2，每次進尺1 榀（0.6m），開挖完成后對巖面及掌子面進行初噴，厚度2～4cm；打設徑向系統錨桿，錨桿長L=3.5m，環向間距1.2m；安裝鋼拱架及I18 臨時支撐，每榀鋼架拱腳處設置2 根Φ42 鎖腳錨管，L=4.5m，鎖腳錨管斜向下15～30°；打設拱部（大管棚段除外）Φ42 超前小導管，間距0.4m，L=4.5m，每3m一循環；掛鋼筋網片；復噴混凝土至設計厚度；進入下一循環，重復上述工作[2]。

2.2.3 待②部掘進2～3m 時，開挖③部，每次進尺1 榀（0.6m），開挖面積19.6m2，開挖完成后初噴混凝土；打設系統錨桿；安裝連接拱架，打設鎖腳錨管；掛鋼筋網片；復噴混凝土至設計厚度。

2.2.4 ②、③部始終錯開2～3m 掘進，待③部超前④部3～5m 時開始開挖④部，開挖高度3.7m，開挖面積35.8m2，每次進尺1～2 榀，并在拆除I18 臨時支撐。開挖完成后初噴混凝土，破除中隔墻鋼架；打設系統錨桿；安裝連接型鋼拱架，打設鎖腳錨管；掛鋼筋網片；復噴混凝土至設計厚度。

2.2.5 ②、③、④部始終錯開相應距離向前掘進，待④部超前⑤部6～8m 時，開始開挖⑤部，開挖高度2.5m，開挖面積23.6m2，每次開挖不超過3m，開挖完成后及時施工仰拱初支，掌子面距仰拱距離始終控制在20m 以內。

3 偏壓高邊坡半明半暗洞身開挖施工技術

由于隧道出口端位于山體靠陡坡一側，山體垂直坡度約75°，洞口邊仰坡垂直高度約30～50m，隧道左洞拱部為明挖，中、下部及仰拱為暗挖，隧道右洞為暗挖。隧道開挖后嚴重破壞山體原本受力結構體系，極易導致山體巖層失穩，因此本文對偏壓高邊坡半明半暗洞身開挖施工技術進行研究，完善隧道支護體系整體受力結構，防止因山體側壓造成隧道變形移位[3]。

3.1 施工技術重難點分析

板河口隧道出口端明洞為單壓式明洞，長19m，洞口位于山體靠陡坡一側，原地貌山體坡度約75°，洞口仰坡垂直高度50～60m，受地形條件影響出口明洞段采用半明半暗挖法施工，隧道暗挖部分極易造成山體形成較大臨空面，增加山體不穩定性因素，甚至引發山體位移；加之出口端地表現狀為基巖裸露荒坡，植被少發育，巖層破碎，施工不當極易出現塌方冒頂等情況。洞口下方為魚塘，施工道路條件較差，施工空間有限。根據工程實際，施工重難點有：洞口位于山體較為陡峭一側，受單壓影響較大，暗挖部分極易破壞山體穩定性，造成山體吊腳，加劇山體的不穩定因素；山坡陡峭，垂直高度較大；明挖部分受山體不穩定邊坡影響較大，安全風險系數較高[4]。

現場經過多次試驗，結合現場監控量測數據結果發現，在施工單壓高邊坡段時采用“中導洞-三臺階預留核心土法”開挖施工時圍巖變形量較小。因此，板河口隧道出口單壓高邊坡段施工時洞內采用“中導洞-三臺階預留核心土法”開挖支護，增加鋼筋混凝土基礎代替暗挖部分鋼拱架支護等輔助施工措施配合，確保施工安全和質量。

圖4 板河口隧道出口斷面圖

圖5 板河口隧道出口照片

3.2“中導洞-三臺階預留核心土法”半明半暗施工技術

針對板河口隧道出口明洞明挖段施工，因洞口明挖段施工受地形因素影響明顯，明挖段隧道拱部及中臺階呈露出地表狀態，若采用自上至下的方式開挖，隧道拱部及中臺階將成懸空支護，極易因下臺階開挖導致山體凌空面增大產生位移帶來支護偏位現象，故板河口隧道出口明洞段明挖部分施工時，為了盡量減少因明挖增加隧道靠山體一側的臨空面高度，在施工明挖部分時先施工洞身下部，并參照地鐵地連墻施工實例采用鋼筋混凝土基礎代替洞身下部型鋼拱架，做到即開挖即支護，保證山體的穩定性。待明挖部分初期支護施工完成后，在明挖部分初支外露段施工鋼筋混凝土護拱，護拱配筋按相應圍巖二次襯砌配筋配置，厚度按50cm 施作。具體施工步驟如下：

3.2.1 洞身下部施工

明挖部分施工時，先按設計線路施工點位進行放點，然后采用小型溝槽挖掘機在隧道下臺階線路上開挖出50cm 寬沿線路方向溝槽，深度根據下臺階底部高程確定，溝槽開挖完成后立即將以綁扎成型的鋼筋條籠安裝到溝槽內，并及時澆筑混凝土；在溝槽鋼筋混凝土頂部預埋鋼板螺栓連接件，待鋼筋混凝土基礎達到強度后，方可進行上部初支拱架安裝。

基礎施工時，其深度按洞身支護設計參數施工，必要時適當增加基礎長度；同時，為保證基礎擁有足夠的穩定性，基礎墻身加設ф42 注漿錨管，插入基礎的深度為基礎的2/3，插入山體4m，錨管呈向下傾斜15°設置，上下間距50cm，左右間距60cm，呈梅花形布置。臨時基礎施作時，根據上臺階拱腳的位置預埋搭接鋼架，與上臺階鋼架采用螺栓鉚接。拱架施工完成后對拱架與山體一側進行土體回填。

3.2.2 護拱施工

待明挖部分初期支護施工完成后，為防止山體落石和山體對洞身初期支護的拱圈推力過大造成初期支護受損，對明挖部分初期支護裸露段落增設鋼筋混凝土護拱。

對明挖部分初期支護裸露段落護拱施工完成后，待護拱達到相應強度，為平衡山體受力情況，對明挖部分進行土體回填反壓加固，明洞回填完成后再施工靠山體一側正洞洞身開挖及支護。

4 結語

本文通過對淺埋、偏壓段連拱隧道開挖施工技術的研究，改進了圍巖開挖方法，有效控制隧道變形，保障了施工安全，加快了開挖進度，降低了成本。板河口隧道埋深淺、地形地質條件復雜，施工難度大，安全風險高，但在整個施工過程中未發生一起安全事故，因此工程質量合格，左右主洞提前貫通，取得了良好的社會效應。