分岔式隧道设计及施工探讨.doc

分岔式隧道设计及施工探讨分岔式隧道设计及施工探讨（中国铁路工程总公司沪蓉西项目经理部 周有江）摘要：分岔式隧道是近几年国内出现的一种新的结构形式，它由小间距隧道——连拱隧道——大拱隧道——明洞组成，沪蓉西高速公路湖北宜昌至恩施段八字岭隧道出口便采用了此结构形式，笔者作为参战技术负责人，通过参与设计图纸会审、设计变更、施工方案交底的编制、施工管理等建设过程，对分岔式隧道的设计及施工进行总结，以期对将来的分岔式隧道的设计及施工提供一定的参考价值考虑到篇幅之限本文重点阐述施工方案及施工工序，对施工工艺及有关细节在此不作累述主题词： 分岔式 隧道 设计 施工1 1 工程概况工程概况1.1 工程设计情况八字岭隧道出口位于恩施土家族苗族自治州巴东县境内；总体呈八字形，分岔式隧道全长 365m，由洞口向洞内依次由明洞、大拱段、连拱段、小间距段组成，其中明洞全长 10.8m，大拱段全长 58.6m，连拱段全长 120.7m，小间距段全长120.7m隧道出口分岔段左洞起止里程为 ZK100+270~ZK99+905，右洞起止里程为YK100+275~+ YK99+910；纵坡为 2.41%单向下坡；左线为直线，右线在半径为8000m 的曲线上。

附分岔式隧道平面布置图1.2 工程地质情况1.2.1 隧道洞口洞口位于低中山斜坡位置，西临峡谷，基岩裸露，出露地层为弱风化灰岩，薄~中层状，山坡自然坡度 28~45°，山坡临空面方位 270°,与路线走向一致，岩层产状 342∠72，岩层走向与坡面斜交，洞口岩石浅部岩溶裂隙发育，岩体欠完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别为Ⅲ类，成洞条件较好洞口段灰岩地表岩溶较发育，洞口处标高较高，地表、地下水自然排泄条件较好，洞口施工主要受大气降水形成的坡面面流沿地表岩溶渗漏过境水影响，对洞口施工影响较小综上所述，隧道出口位于山坡斜坡位置，斜坡与路线正交，岩性为弱~微风化灰岩，地表岩溶较发育，岩体较完整，围岩类别为Ⅲ类偏好，成洞条件较好，洞口围岩稳定1.2.2 大拱段隧道洞身ZK100+259.2~+ ZK100+200.6；YK100+264.2~+YK100+205.6 分岔段隧道上断面穿过的岩石主要为三叠系下统大治组上段，岩性特征微晶灰岩：灰色，薄~中层状，主要矿物成分为方解石，微晶结构，层状、块状构造，受地表水风化影响，节理岩溶裂隙发育，溶洞较发育，岩体欠完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别为Ⅲ类，成洞条件较好。

隧道下断面岩石主要为三叠系下统大治组上段，岩性特征微晶灰岩：灰色，薄~中层状，主要矿物成分为方解石，微晶结构，层状、块状构造，受地表水风化影响已较小，节理岩溶裂隙较发育，溶洞基本不发育，岩体完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别为Ⅳ类，成洞条件好溶槽、溶洞侧壁有滴、渗水现象，遇雨水天气时水量变大1.2.3 连拱段隧道洞身连拱段隧道洞身左右洞身基本相似，主要为三叠系下统大治组上段，岩性特征微晶灰岩：灰色，薄~中层状，主要矿物成分为方解石，微晶结构，层状、块状构造，受地表水风化影响，节理岩溶裂隙发育，溶槽、夹泥众多，溶洞发育，但多为充填溶洞，岩体欠完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别多为Ⅲ类，成洞条件一般溶槽、溶洞侧壁有滴、渗水现象，遇雨水天气时水量变大1.2.4 小间距段隧道洞身小间距段隧道洞身左右洞身基本相似，主要为三叠系下统大治组上段，岩性特征微晶灰岩：灰色，薄~中层状，主要矿物成分为方解石，微晶结构，层状、块状构造，受地表水风化影响，节理岩溶裂隙发育，溶槽、夹泥众多，溶洞发育，有充填溶洞，也有空溶洞，岩体欠完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别多为Ⅲ类，局部出现Ⅱ类围岩，成洞条件偏差。

溶槽、溶洞侧壁有滴渗水现象2 2 工程变更工程变更由于工程是按照变更后的设计施工的，故有必要把变更设计的情况作以阐述，分岔式隧道的变更主要有两方面，一方面是对原设计的优化变更，另一方面是由于地质条件与原设计不同引起的变更2.1 优化设计变更2.1.1 大拱段二次衬砌形式优化变更大拱段二次衬砌原设计分外衬和内衬两种形式，后根据初期支护监控量测结果-变形较小的实际情况，以及为了烘托大拱的宏伟气势、简化二次衬砌形式、保证防水质量，故申请变更设计将内衬取消附大拱段二次衬砌结构形式变更前后对比图大拱段原设计二次衬砌结构图大拱段原设计二次衬砌结构图φ10横向引水管， 纵向间距5大拱段变更设计后二次衬砌结构图大拱段变更设计后二次衬砌结构图2.1.1 连拱段二次衬砌形式优化变更连拱段二次衬砌原设计为中隔墙独立与左右洞二次衬砌分开的柱拱式衬砌，为了增加左右洞二次衬砌的整体性及防水的可靠性，将中隔墙改为夹心式，夹心中隔墙在左右洞开挖前施工，外壳待左右洞二次衬砌时一起施工附连拱段二次衬砌结构形式变更前后对比图连拱段原设计二次衬砌结构图连拱段原设计二次衬砌结构图连拱段变更设计后二次衬砌结构图连拱段变更设计后二次衬砌结构图2.2 工程地质引起的变更2.2.1 连拱段初期支护由Ⅳ至Ⅲ类围岩支护类型的变更一方面由于该段围岩较设计变差，另一方面由于中隔墙形式的变更，为了保证中隔墙的安全，连拱段左右洞初期支护由原设计的锚网喷支护变更为格栅锚网喷支护。

3 3 在变更设计的前提下优化施工在变更设计的前提下优化施工3.1 大拱段施工方案3.1.1 开挖支护方案大拱段开挖跨度大，没有成熟经验可以借鉴，如何既减少工序，又确保安全？这是摆在我们技术人员面前的技术难点之一由于大拱段位于洞口，故采用了大管棚超前支护的形式进洞，大管棚采用水平潜孔钻机成孔在大拱段初期支护中首次采用了预应力锚杆大拱段开挖支护方案由原设计的 6 部开挖支护法根据现场实际围岩情况优化为 4 部开挖支护方案，节省工序 4 部，更多地减少了工序之间的干扰，既提高了进度又有利于保证施工质量各部之间的开挖应错开 1 倍以上的洞径，并保证上断面落底时左右拱脚不能同时悬空附原设计开挖支护与优化设计后开挖设计支护工序对比图原设计开挖支护支护工序图原设计开挖支护支护工序图ⅢⅠⅡⅣ优化设计后开挖支护支护工序图优化设计后开挖支护支护工序图3.1.2 二次衬砌方案大拱段衬砌厚度达 90cm，跨度 24 米，灌注砼时荷载大，无法进行预压检验，如何确保模板、支撑体系安全可靠，又节约成本？这又是摆在我们技术人员面前的技术难点之一在大拱段开挖支护完成后进行二次衬砌，二次衬砌由洞口向洞内进行，二衬采用 φ48 钢管满堂红脚手架再加 φ108 钢管径向支撑，用 I25 加工定型模架，散装大钢模支模。

中间用废台车骨架作行车通道，浇注砼前进行临时封闭附大拱段二次衬砌支撑及模板图φ钢筋地锚剪刀撑纵向连接杆满堂红脚手架φ48 间距120~127×120×10025模架100*120钢模板交叉钢管之间用扣件连接钢筋砼 厚90φ108钢管 径向撑方木垫块30对焊行 车 通 道斜撑临时 支撑ⅠⅠ大拱段二次衬砌支撑及模板图大拱段二次衬砌支撑及模板图3.2 连拱段施工方案连拱段截面变化频繁（5 种断面） ，左、右洞之间施工干扰大，如何合理衔接各个工序，如何有效解决中隔墙顶部渗漏水的质量通病？这是摆在我们技术人员面前的技术难点之一3.2.1 连拱段开挖支护方案连拱段开挖支护在原设计的基础上进行了优化施工，原设计是中导坑先行，在中隔墙及其中一洞二次衬砌施工完成后，才进行另一洞的开挖支护优化施工是采用中导坑先行，中隔墙衬砌完成后，未进行一洞的二次衬砌便进行左右洞开挖支护错进的方式，错进间距为 2 倍以上洞径这样更有利于工序转换和对先行的二次衬砌保护（至于因爆破对二次衬砌造成影响，同时对隧道防水更有利） 中导坑及左右洞均采用全断面开挖方式，人工利用多功能台架钻孔爆破开挖，锚网砼支护3.2.2 连拱段二次衬砌方案连拱段中隔墙二次衬砌由原设计的整体式后变更为分层式，内层衬砌同原设计中隔墙，外层衬砌同左右洞衬砌合在一起，类似于分离式隧道的单洞衬砌，采用 12m 长模板支模，泵送 C25S8 防水砼。

附连拱段原设计与优化设计后施工工序对比图连拱段原设计施工工序图连拱段优化设计施工工序图3.3 小间距段施工方案3.3.1 开挖支护方案小间距段开挖支护方案同样采用全断面开挖方式，人工利用多功能台架钻孔爆破开挖，锚网砼支护同正常的分离式隧道在支护方式不同之处是首次在国内隧道施工采用了预应力钢筋这一新工法，在左右洞隧道之间的较薄的岩体上施工对拉预应力钢筋，以增加中间岩柱的受力3.3.2 二次衬砌方案小间距段二次衬砌方案同正常的分离式隧道衬砌方式，采用 12m 长模板支模，泵送 C25S8 防水砼4 4 监控量测在分岔式隧道施工中的指导作用监控量测在分岔式隧道施工中的指导作用4.1 分岔隧道监控量测目标为确保分岔式隧道的顺利完工和长期安全运行，根据新奥法基本原理，必须对隧道的围岩和结构的变形、受力特征进行必要的监测、分析工作，进而指导现场安全合理地施工，并对原有设计提出修改和优化其中隧道分岔段是全局工作中的难点、重点、核心部分，相应的分岔段现场监控量测也显得格外有意义本项目部对该分岔段隧道进行现场监控量测目的，首先直接服务于设计和现场施工，进一步，为分岔式隧道数值模拟，正、反分析，物理模型实验等提供第一手参考资料。

该段监测工作重点为四车道大拱隧道、连拱中隔墙、小净距隧道及各段围岩支护结构参数4.2 分岔隧道监控量测实施计划简介分岔式隧道现场监控量测主要内容如下：1) 隧道表面收敛位移，拱顶、地表沉降、底板隆起量测2) 多点位移计监测3) 围岩与混凝土之间压力测量4) 围岩声波测试5) 钢拱架应力量测6) 衬砌结构应力和锚杆应力测试在分岔隧道 365 米范围内，布置 17 个监测断面4.3 监控量测现场实测结果通过分岔段隧道进行现场监控量测，对实测数据进行分析，可以得到以下一些基本结论：分岔段围岩累积收敛位移、拱顶沉降值、地表沉降值均较小约为 2～3mm)锚杆受力、钢拱架受力与围岩变形、支护结构、施工过程等紧密相关 （实测钢拱架应力为 40～80Mpa，锚杆应力 20～60Mpa）超声波测试可以较好地反映围岩损伤、松动区域 （实测大拱围岩松动0.2~0.4m）隧道工程中，多种监控测量手段综合运用，效果良好，值得推广比较分析各种结果，可知分岔式隧道设计、施工合理，围岩稳定性良好5 5 结束语结束语5.1 成功之处分岔式隧道的设计与施工是成功的，通过对设计进行优化变更和优化施工，以及施工方面积极的和科学的尝试，必然会对未来的分岔式隧道的设计与施工提供了很好的资料和数据。

例如对连拱段中隔墙二次衬砌采用分层衬砌方法的优化，有效地解决了中隔墙渗漏水质量通病后与设计沟通过程中得知，这种方法已在其他连拱式隧道设计中广泛运用5.2 两点建议分岔式隧道是为地形条件、线路受到限制的情况下专门设计的，它特别适应于长大隧道紧邻特大桥的情况，并不代表所有的桥隧相接时均宜采用此种形式，因为从成本节约的角度，分岔式隧道并不是经济的，必竞隧道跨度越大对应的支护参数越强，风险也越大，技术含量越高，所以投资越高从监测数据和经验来看，大拱段设计的预应力锚杆并不适宜，一是大拱段的量测结果显示大拱段初期支护变形很小，说明初期支护是稳定和安全的，另一方面从隧道新奥法法则“早封闭”原则，由于预应力锚杆的张拉时间过长，不利于隧道围岩暴露后的稳定，操作人员也暴露在围岩下并不安全建议可以用锚固剂药卷锚杆或中空注浆锚杆代替作者介绍：周有江，男，1972 年 9 月 30 日生，工程师，13545858348；地址：湖北省宜昌市长阳县榔坪镇八字岭村中铁工总沪蓉西项目经理部邮编：443522电子邮箱：weaw157@ 或 youjiangzhou@。