几种连拱隧道施工方法的工艺原理和优缺点

2011年12月科教纵横

浅谈几种连拱隧道施工方法的工艺原理和优缺点

文/朱凯 段鸿川 许文博 赵礼昭

摘 要：由于在特殊的山岭重丘地形、城市周边有山丘阻碍城乡交通处、以及在人多地少经济活跃的山丘区修建隧道存在着各种问题，考虑利于洞口和洞身的选择，减少隧道长度，减少投资等因素，选择连拱隧道是最合适的。

关键词：连拱隧道；导洞；开天窗

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1006-4117（2011）12-0234-01

随着现代社会的进步，各种各样的隧道的施工已发展到了一定的先进阶段，但是由于连拱隧道和其他隧道在施工方面存在着许多的不同点，且大多情况下和其他隧道相比是施工难度加大，所以在连拱隧道的修建过程中尤其应该谨慎。从近代我国和外国对连拱公路隧道的施工经验的总结中，我们可以根据其开挖步骤的不同分为：三导洞施工、无导洞施工、四导洞施工、中导洞—双边洞施工、中导洞施工、开天窗明洞施工等几种方法。下面我们分别给以简单的阐述：

1、三导洞施工：三导洞的原理是利用开挖小洞室时各部分围岩的稳定性（由于小洞室开挖后对围岩的扰动小，便于支护），从而逐步开挖，最终形成整体的大洞室。从双侧导洞和主洞施工工序的角度可分为：三导洞—全断面二次衬砌型、三导洞—先墙后拱型、三导洞—双上导洞型。该施工方法适用于完整性较差的Ⅳ、Ⅴ级以及部分Ⅵ级的软弱围岩。

由于三导洞方案大多是采用新奥法的原理，常常采用先开挖侧导洞和侧墙二次衬砌，再进行主洞墙拱部开挖、初期支护和二次衬砌。同时三导洞施工方法的开挖断面小，在地质条件较差的软弱围岩条件下，对围岩扰动范围小；拱顶和基脚沉降小，整体结构刚度较大，比较安全；初期支护和二次衬砌及时封闭，利于施工和工程的安全；可进行超前地质预报，改善施工条件；投入少等优点。但是三导洞施工工序过多，需要拆除的初期支护较多，从而导致施工工期较长，造价较高。

2、无导洞施工：即直接开挖主洞，无导洞形式。具体来说就是结合地形地质条件，参照单洞开挖方式，即先按正台阶法或者是全断面开挖先行洞，再按正台阶法进行弱爆破开挖，尽量减小对先行洞的大扰动或者是损坏。按主洞的开挖形式不同，可分为两种：全断面型和正台阶型。该施工方法只能适用于围岩条件较好的条件，但是可克服隧道防排水的病害。

无导洞施工的特点是不需要用导洞的形式先行开挖，直接进行包含中导洞在内的较大断面开挖（后面简称为先行洞），这样先行洞的开挖和初期支护可以全断面一次完成，也可以分部分进行。先开挖中墙和主动拱顶部位，然后开挖其余部分。由于中墙是必须提前完成的，所以在开挖主洞的时候其上、下部围岩的长度不宜过长。并且在主洞的初期支护稳定后，应对其及时施做二次衬砌，这样可以避免两个主洞因为不同步开挖引起的中墙受偏压而产生的开裂或者是倾斜。由于二次衬砌的及时施作，其主动开挖后的围岩稳定性得到了一定的保证，所以就可以不回填中导洞或者对其施作钢支撑。这样一来，不仅降低了施工的难度，也可以排除中墙渗漏水的病害。无导洞施工工序最少，对围岩的扰动少，免去了侧导洞和中导洞临时支护拆除和单独开挖等工序，因此进度最快，大大的缩短了全断面整体结构的完成时间，同时连拱隧道防排水的施工质量和排水效果也得以大大的提高，效益好，整体造价也低。

3、四导洞施工：即保护中墙岩柱，把中导洞开挖改为中墙两侧导洞开挖，加上主洞的两侧导洞，形成四导洞开挖的施工方法。由于四导洞施工的中墙两侧的导洞开挖严格采用了光面爆破技术，所以减少了中墙围岩的干扰和破坏，从而保证了中墙围岩有足够的承载能力，或者是采用人工加固的方式对中墙围岩加固。四导洞施工方法可以简化工序，不进行两侧导洞开挖，左右主洞采用台阶法，即两导洞—台阶法施工工艺，亦简称两导洞施工。该施工方法主要适用于围岩较好的地质条件。

4、中导洞—双边洞施工：中导洞—双边洞的施工原理是化大跨为小跨，先对两侧边洞进行开挖、支护，再开挖左右主洞。左右主洞的施工是该施工方案的关键所在，主洞的二次衬砌可以根据不同的施工阶段进行拆除或是衬砌，在一定程度上保证施工过程的安全性。由于两侧的边洞先完成，所以为后面左右主洞的施工建立了条件。

5、中导洞施工：中导洞的施工原理是先开挖中间的导洞，然后对其进行初期支护的施作，支护贯通和中墙衬砌及顶部混凝土回填后，再开挖左右两边的侧导洞。主洞的开挖方法可采用正台阶法等，开挖和初期支护采用用先拱后墙法。围岩条件好的条件下可采用初期支护、全断面开挖法，然后再对全断面进行二次衬砌。中导洞施工方法根据主洞开挖方式的不同可分为：中导洞—侧壁导洞型、中导洞—正台阶型、中导洞—双上导洞型、中导洞—双下导洞型。

中导洞施工的优点：施工方便简单，围岩受到的扰动较少，施工空间较大，大型机械设备的使用较为方便，施工进度快、投入少、成本低、安全。同时还避免了部分初期支护及其拆除工序、侧导洞开挖等。但是中导洞施工方法也存在和许多不足之处，例如，中墙也易产生下沉，拱部和侧墙的沉降较大，且中墙和拱顶、侧墙又不是同步沉降，所以其适用的范围较小，一般在Ⅴ级围岩以上的地质条件下施工。

6、开天窗明洞施工：其结构与普通连拱隧道不同，且较为特殊，为开天窗平顶连拱隧道。这种结构一般适用于城市车行隧道，既能做到保护环境和美化城市景观，又能满足交通功能，解决城市交叉口交通堵塞的难题。

连拱隧道隧道的施工方案很多，也各有特色之处，但是总体来说在选择施工方案时，应注意的原则：（1）根据自己的地质条件而采用具有可操作性，且施工尽量简单方便的方案。（2）连拱隧道的施工应左、右主洞前、后错开开挖，以保证开挖围岩的局部稳定性，同时在软弱围岩段的开挖时应采用超前导管进行注浆；凡涉及钻爆工序的，都要以新奥法的基本原则为根据，运用“弱爆破、短进尺、早封闭、勤测量”的原则。（3）地层的沉降应控制在设计值的范围之内。（4）能够保证施工过程和完工使用期的安全。（5）在选择施工方案时还应考虑在经济上的合理性。总之，在连拱隧道的施工过程中应根据围岩级别的不同开挖，自始自终必须注意后行洞对先行洞的初期支护和二次衬砌等的不利影响。总体要求是必须保证工作人员、工程设备以及运营阶段的安全。

作者单位：四川省西南交通大学峨眉校区参考文献：

[1]何川,林刚,张志强.连拱隧道想主要修建积水问题和对策.现代隧道技术,2002.

[2]刘洪洲,黄伦海.连拱隧道设计施工技术研究现状.西部探矿工程,2001.

[3]姚振凯,黄云平,彭立敏.公路连拱隧道工程技术.人民交通出版社,2006.

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