浅谈双连拱隧道施工技术与施工方法

李艳明

（中铁建十八局国际工程公司，天津 300222）

浅谈双连拱隧道施工技术与施工方法

李艳明

（中铁建十八局国际工程公司，天津 300222）

随着高速公路和城市道路建设的发展，双连拱隧道由于其不仅能满足上、下行车分离的要求，而且具有接线难度小、占地少、环境保护好，在平面线路、洞口位置等选择的自由度大的特点，在500m以下的短隧道设计中已普遍采用.在施工过程中，双连拱隧道施工方法主要为三导洞分步施工法、中导洞施工法、单洞施工法、双洞全断面半行施工法.

双连拱隧道；新奥法；挪威法；施工方法

据文献报导，双连拱隧道于1974年在日本伊祖隧道首次被采用[4]，后来在一些欧美国家也被先后采用，我国是20世纪90年代陆续开始采用，随着高速公路和城市道路建设的发展，双连拱隧道作为隧道类型中的一种，由于其不仅能满足上、下行车分离的要求，而且具有接线难度小、占地少、环境保护好，在平面线路、洞口位置等选择的自由度大的特点，在500m以下的短隧道设计巾已普遍采用.但是由于双连拱大跨度隧道在受力分析上存在许多不利因素，在施工技术和施工方法上还不完善，尚处于摸索和积累经验阶段，因此其施工难度是很大的.

国内单洞隧道施工技术已十分成熟，而双连拱隧道因其受力结构复杂、可供借鉴的施工经验还不多，其施工技术和施工方法尚在探讨和摸索之中.本文将根据目前双连拱隧道的发展状况浅谈其施工技术与施工方法.

1 双连拱隧道的施工技术

经过各国隧道建设的实践，目前国内外广泛采用的隧道施工技术主要有新奥法和挪威法.相对而言，新奥法更适用于软至中硬岩隧道，而挪威法更适用于中硬至硬岩隧道. 1.1 新奥法施工技术.新奥法（NATM）是新奥地利隧道施工方法的简称,在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”.是于20世纪70年代末期经过日本传人我国的，经过近30年的实践，已成为目前我国隧道施工的主导方法，不管硬岩还是软岩，大都采用新奥法.但同时也发现了新奥法在中硬至硬岩隧道建设中的严重不足，如开挖量大、建设成本高、维修困难等.

新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监控,指导地下工程的设计施工.使用此方法进行施工时，对于岩石地层，可采用分步或全断面一次开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可做二次衬砌；对于土质地层，一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌，在有地下水的条件下必须降水后方可施工.

采用新奥法时要掌握3个基本点：（1）围岩是隧道稳定的基本部分，支护是为了与围岩共同形成能自身稳定的“承载圈”或支承单元，应尽量维护围岩体的强度性能，尽量减少对围岩的扰动；（2）支护和衬砌要薄且具有柔性，并与围岩紧密贴合，使因受弯曲而发生破坏的可能性达到最小.主要采用锚杆、喷射混凝土、钢筋网、钢支撑等支护为主进行加固；（3）正确地估计围岩特性及其随时间的变化，进行必要的监控量测，根据围岩分类，自稳时间和位移变形速率等参数，选择最适宜的支护参数.

采用新奥法施工要求整个施工过程必须进行监控量测，通过监控量测得出围岩和支护结构的承载—变形—时间特性，监视施工状态，控制围岩和支护结构的变形，并及时采取措施，保证隧道施工能安全地进行.

采用该方法修建地下隧道时，对地面干扰小，工程投资也相对较小，已经积累了比较成熟的施工经验，工程质量也可以得到较好的保证.新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程.

1.2 挪威法施工技术.由于施工快速、建设成本和维修成本低等特点，挪威法已在国外，特别是西方国家得到广泛应用，被证明为一种非常有效的隧道施工方法.

挪威法在有些理念方面与新奥法很相似，如都强调岩体自身的承载作用，支护只是辅助手段.但很多方面有较大的区别，挪威法特别重视施工前的地质勘探(两次)，约占总费用的3%～5%，挪威法由于无需超前地质预报，大大减少原型观测工作，不采用二次衬砌，使得建设总成本大大降低(20%～30%)，同时减少了大量施工工序，可实现快速施工.采用可自立式锚杆和钢纤维混凝土，实现安全快速施工.特别是挪威法采用自立式防水层，由于无二次衬砌，防水板漏水时可局部修补，维修非常方便，维修费用低，且不影响运营.另外，挪威法具有一整套表格和经验公式供具体实施，可操作性强.因此，在中硬至硬岩隧道中，挪威法较新奥法具有无可比拟的优越性.

挪威法强调爆破后工程师在掌子面进行地质观测，并根据观测结果进行支护结构设计，做到真正意义上的动态施工和信息化实施，使支护结构设计更合理.挪威隧道施工方法是一种真正意义上的动态施工和信息化施工.强调每次爆破后对掌子面附近的地质情况进行观察和描述，计算出岩石质量Q值，并根据Q值及现场观测结果进行支护结构设计.虽然风险分享系统及其他施工管理也是挪威法的特色，但从技术层面来看，挪威法的特色更在于它的围岩分类系统(Q值法)和离散单元法的应用.

2 双连拱隧道施工方法的种类

目前双连拱隧道施工方法归纳起来可分为4种：(1)三导洞分步施工法；(2)中导洞施工法；(3)单洞施工法；(4)双洞全断面半行施工法.

2.1 三导洞分步施工法.三导洞分步施工法其工序流程为：(1)中导洞开挖及支护；(2)中隔墙衬砌；(3)左导洞开挖及支护；(4)左侧边墙衬砌；(5)右导洞开挖及支护；(6)右侧边墙衬砌；(7)左洞上半断面开挖及支护；(8)左洞拱部衬砌；(9)右洞上半断面开挖及支护；(10)右洞拱部衬砌；(11)左洞下半断面开挖及仰拱衬砌；(12)右洞下半断面开挖及仰拱衬砌.

这种施工方法采用三导洞分步施工法，安全可靠，特别是很好地处理了左、右洞拱部施工由不对称性到左、右洞拱部施工完毕后的对称结构体系转换，确保了结构在施工过程中的安全.对于地质情况很差、埋深较浅的软弱围岩(I类、Ⅱ类)，采用三导洞分步施工法比较稳妥.但由于施工工序多，对围岩和已建结构存在多次扰动，不同部位衬砌间隔时间长，使得施工缝更加明显.而且拱墙衬砌分步施工，防水系统施工质量难以保证，特别是中墙顶处易出现渗漏水现象.从经济上考虑，由丁多导洞开挖和支护，加大了成本，隧道造价高；由于多导洞施工工序多，施工工序分步多，施工断面小，不利于大型机械作业，工期较长.

2.2 中导洞施工法.对于Ⅲ类或Ⅲ类以上围岩，可以考虑不设两侧导洞，而是中导洞中墙施工后，直接进行左、有正洞的开挖，正洞开挖方法可采取全断面法、正台阶法等.中导洞施工法其工序流程为：(1)中导洞开挖及支护；(2)中隔墙浇筑；(3)左洞开挖及初期支护；(4)左洞二次衬砌；(5)右洞开挖及初期支护；(6)右洞二次衬砌.

相对三导洞分步施工法，采用中导洞施工法减少了两个边导洞的施工，拱墙采取整体一次衬砌；工序较简单，机械化程度较高，临时支护工作量减少，施工进度较快，节约投资；而且中导洞先施工，也起到了超前探明隧道地质情况的作用，为左、右正洞施工创造了条件.

2.3 单洞施工法.单洞施工法的工序流程为：(1)左洞开挖、初期支护及中墙浇筑；(2)左洞二次衬砌；(3)右洞开挖及初期支护；(4)右洞二次衬砌.对单个隧道而占其施工技术已经很成熟，根据围岩情况可采用全断面法、正台阶法和其他分步施工方法(如CRD法、眼镜法等)，因此单洞施工法适用范围比较广.施工中左、右洞按单洞前后错开施工.

采用单洞施工法要注意如下内容：(1)对于先施工的单洞，中墙部分也一并开挖支护和衬砌，中墙顶部围岩应根据具体情况加强支护.(2)中墙顶部采用锚杆与围岩连接，给先施工的洞室提供支持力，保待结构平衡.(3)后施工的单洞则应特别注意不对称受力的影响.后开挖的单洞，最好采用上、下台阶分步开挖，尤其要严格控制下台阶的开挖长度，下台阶开挖后要及时做二次衬砌，最大限度地缩短不对称结构，确保结构在时间和空间上的安全性.原则上，后开挖的洞要在先开挖的洞施工完主体结构后才能进行，尤其是要在仰拱施工完后，使之形成闭合受力结构；后开挖的洞，在开挖靠中墙部分的围岩时，可以通过控制爆破，减少对中墙的破坏.下台阶开挖时可采取先施工远离中墙一侧围岩，增加靠中墙一侧围岩的爆破临空面.

单洞施工法减少了工序，降低了对围岩的扰动，缩短了全断面结构建成时间；同时采取单洞防排水系统，保证了防水、排水施工质量；减少了导坑开挖支护，降低工程造价；工程进度快，工期较短.

2.4 双洞平行施工法.双洞平行施工法工序流程为：(1)左、右洞开挖及初期支护；(2)中墙开挖及中墙衬砌；(3)中墙顶部开挖及支护；(4)左、右洞衬砌.

双洞平行施工法开挖左、右洞时，要特别注意中隔墙岩柱的稳定，使之能平衡左、右洞围岩传递来的应力.开挖中隔墙岩柱采取跳槽式开挖，开挖长度控制在4～5m左右，开挖前采用长锚杆加固中隔墙顶部围岩，开挖后要立即进行中墙衬砌和左、右洞二次衬砌.

这种施工方法保留中墙岩柱，左、右正洞同步掘进，施工工序简单，结构受力传递明确，衬砌完整性较好，施工进度快.该施工方法适用于围岩稳定性好的硬岩隧道，对于软土隧道施工，安全难以保证，不宜使用.由于衬砌工序不宜落后开挖点过长(不宜超过30m)，工序干扰大.

3 几点体会和建议

3.1 当前和今后很长一段时间，我国将修建大量的隧道和地下工程，双连拱隧道的修建量大大增加.因此在有必要引进和推广当今世界上广泛采用的挪威施工方法，彻底改变我国目前中硬至硬岩隧道仍采用新奥法这一极不合理的局面.

3.2 从以上4种施工方法中可以看出：双连拱隧道施工其核心在于中墙的施工，中墙是整个隧道受力转换和受力平衡的支撑点，各种施工方法也都是围绕着中墙施工来进行.

3.3 中墙顶防水处理是双连拱隧道防排水的关键，通过施工实践表明，采取按两个单洞独立设置防排水系统更加合理可靠，很好地解决了中墙顶渗漏问题.

3.4 采取大断面施工是目前双连拱隧道施工的发展趋势，而双连拱隧道大多处在浅埋、偏压地质条件下，因此认真做好超前预支护对双连拱隧道施工十分重要，必要时采取预注浆等措施加固地层和改良地层，充分调动和利用围岩的自承作用，减少对围岩的扰动.

3.5 在围岩稍好的情况下,双连拱隧道正洞施工采用下导超前的全断面法比较合适.双跨连拱结构跨度大，开挖时采取多次爆破加大了对围岩和已建结构的扰动和破坏，也不符合充分利用围岩自承作用的新奥法原理；而采取下导适度超前施工，增加了全断面开挖的临空面，减少了爆破用药量，大大减弱了爆破对围岩的破坏.

〔1〕李健清.双连拱隧道施工方法探讨.公路，2005.

〔2〕张治国.双连拱隧道施工技术探讨.建筑与工程，2008.

〔3〕田如金.双连拱隧道施工问题研究.科技创新导报，2008.

〔4〕秦荣旺.双连拱隧道施工方法浅析.中国水运,2008:129.

U455.4

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1673-260X（2010）05-0114-02