隧道喇叭口及大跨段施工技术

刘辉

摘 要：毛羽山隧道进口段喇叭口断面特殊，不同断面间过渡段多，在前期施工中对隧道围岩特性作了详细研究后制定了小间距两单线隧道、连拱隧道及大跨隧道段的开挖顺序及施工方案，以及不同隧道断面之间进行过渡的复杂施工方案，对于跨度大、围岩软弱及构造复杂的高风险隧道段，详细阐述了开挖及支护方案，为以后类似铁路隧道断面施工提供了一定的借鉴意义。

关键词：单线隧道；双连拱隧道；大跨隧道；台阶法；双侧壁导坑法

中图分类号 文献标识码 文章编号

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（C）-0000-00

0 引言

近年来随着高速铁路的快速发展，双线大跨隧道设计越来越多，对于隧道施工技术提出了更高的要求，特别是车站与隧道相连时，设计一般为喇叭口及大跨断面，断面变化大，再加上隧道口围岩相对较差，无疑增加了施工难度。因此，高铁隧道喇叭口及大跨段施工方案的探讨和实践应用非常重要，对于提高施工质量及施工安全、加快施工进度，降低施工成本均有一定意义。本文针对毛羽山隧道进口段特殊断面方案制定及应用效果进行探讨。

1 工程概况

兰渝铁路毛羽山隧道全长8504m。进口段受宕昌车站进洞的影响，设计为喇叭口隧道。平面布置见图1。

根据隧道进口已施工段揭示，该段地层岩性属于高地应力软岩地段，地层以三叠系薄层炭质板岩为主，岩层直立，走向与洞轴线呈小夹角，对围岩稳定性影响较大，边墙自稳能力差，且易发生软岩大变形或坍塌情况，尤其是线间距较小的两单地段、双连拱、大跨地段，由于结构复杂，施工难度极大。

按照毛羽山隧道喇叭口及大跨段调整后的布置形式，由于两单间净间距越来越小，施工影响越来越大，为保证施工和结构安全，对DK278+566～+900段隧道进行了专项设计，可依次划分为两单线段（DK278+566～+660、DyK278+524～+660）、连拱段（DK278+660～+720）及大跨段（DK278+720～+900）。

2 施工方案

2.1 两单线地段

结合现场情况，单线隧道采用三台阶法施工，左线隧道DK278+566～+660段先行施工，先行段采用双层衬砌结构，外层衬砌为主要受力结构，内层衬砌视为预留补强，根据现场变形、收敛等情况考虑施作的必要性及施作时机。右线隧道DyK278+524～+660段开挖滞后左线第一层二衬，滞后左线掌子面约75m。

对于高地应力软岩大变形段，采用三台阶（微台阶）仰拱快速封闭法进行开挖，三台阶同步推进，初支仰拱及时封闭成环。三台阶法开挖见图2。

施工要点：

（1）五个作业点（上台阶1个，中台阶2个，下台阶2个）同时推进；利用中台阶出渣的同时，上台阶开始立架施工，待出渣完成，中下台阶开始立架时，上台阶喷浆，然后中下台阶同时喷浆；

（2）仰拱紧跟下台阶，有工作长度就及时施作，确保初支及时封闭控制变形，同时二衬紧跟；

（3）仰拱距掌子面距离不得大于35m，二衬距掌子面距离不得大于70m。

2.2 双连拱段

双连拱DK278+660～+720段采用中導洞法施工。施工时先施工中导洞，中导洞贯通后，从里向外倒退施作中隔墙，中隔墙施作完成后及时将其两侧空洞用沙袋回填反压密实。待回填完成后开挖施作先行侧隧道，再开挖另一侧，完成后及时二次衬砌。施工顺序见图3。

2.2.1 单线向中导洞过渡

待单线小间距隧道左线隧道开挖至DK278+655（距离连拱端头5m距离）、右线开挖至DyK278+650时，掌子面均停止掘进，并分别跟进仰拱和二衬。待左侧仰拱施工至掌子面DK278+655，开始采用中导洞断面向两线间弧形过渡，过渡平面见图4。

施工要点：

（1）在左线DK278+655隧道左边墙处，中导洞右边线以隧道左线中线夹角为36°往右线方向掘进，掘进至DyK278+662，然后开始沿着线路中线前行；

（2）左边线从距隧道左边墙2.3m处以隧道左线中线夹角为36°往左线方向掘进6m后，按曲率半径为15m的圆弧线往前过渡，过渡段长8.5m。中导洞的隧底标高为正洞隧底铺底面下144cm。

2.2.2 中导洞施工

中导洞采用上下台阶法开挖，开挖完成后，由里向外依次浇注中隔墙（从DK278+720向DK278+660）。

2.2.3 左右洞开挖、支护及二衬

中隔墙浇注完成后，为防止在正洞开挖过程中导致中隔墙倾覆，开始回填中导洞，然后左右洞分别开挖支护，完成后浇注两侧二衬混凝土。施工步骤如图3所示。

2.3 大跨地段

DK278+720～+900段属超大断面隧道，共分三种断面形式：

（1）DK278+720～+765段加宽6m断面，开挖宽度21.86m，开挖高度17m；

（2）DK278+765～+810段加宽4.4m，开挖宽度20.06m，开挖高度15.9m；

（3）DK278+810～+900段加宽2.9m，开挖宽度18.36m，开挖高度14.83m；该段最大跨度18.16～21.66m，高17m。

该段隧道跨度大、围岩软弱、构造复杂、高地应力水平属高～极高状态，施工组织复杂、施工安全风险大，施工时采用双侧壁导坑法开挖施工。

2.3.1 大跨段施工顺序

从连拱端头开始纵向20m范围找顶，形成3.6m长的全断面工作面，再采用双侧壁导坑法向重庆方向开挖大跨，完成后反向扩挖20m的找顶段。大跨段施工时左、右侧壁导坑超前采用两台阶法，中柱滞后采用三台阶法开挖。施工顺序详见图5。

2.3.2 大跨段找顶施工

连拱和最大跨段拱顶高差为4.35m，同时两拱顶不在同一纵轴线上。为降低找顶难度，先从连拱纵向爬坡20m找到连拱对应的大跨边界，再横向弧形爬坡找到大跨顶，形成工作面。连拱和大跨交界处见图6。

施工方案如下：

（1）在连拱段仰拱全部完成，二衬两侧均施工55m后，按照图7中a图断面形式进行纵向找顶施工。临时导洞断面净空位：7m×5.72m，超前支护采用φ42的小导管，间距40cm，长度3m；支护采用I20b，1榀/0.6m，喷射混凝土厚27cm；锁脚采用φ22的砂浆锚杆，1榀/8根，长4m；

（2）找顶到位，爬坡长度20m，高度3.6m，纵坡18%；

（3）找顶到位后，按照图7中c图断面形式向前平坡开挖3.6m的超前洞室。洞室的支护结构和找顶洞室一样；

（4）按照图7中a图断面和支护结构完成图7中d图运输通道的开挖支护；

（5）从超前导洞的位置垂直线路方向沿大跨外轮廓环向弧形找顶。弧形坑道开挖宽度3.6m，高度5.8m，每次进尺2榀；支护采用I22b门型钢架，1榀/0.6m，纵向连接采用[10，间距1米，喷射混凝土30cm厚，锁脚采用φ22砂浆锚杆，每榀12根；

（6）按照设计施作系统注浆锚管；完成后开始在门架内侧安装6榀大跨段上台阶的H200支護钢架，间距1榀/0.6m，并按照设计施作锁脚锚杆和喷射混凝土；

（7）从超前导洞的位置垂直线路方向开挖中台阶，顺接门式钢，加横撑；并及时施作中台阶初期支护；

（8）从超前导洞的位置垂直线路方向开挖下台阶，顺接门式钢，加横撑；并及时施作下台阶初期支护；

（9）分部开挖仰拱，顺接门架，封闭结构钢架，并及时浇注仰拱和填充混凝土；

（10）找顶完成，根据监测数据待结构稳定后，拆除门架，让大跨初期支护受力，为下一步正常开挖提供工作面。

2.3.3 大跨段开挖、支护

大跨段隧道采用双侧壁导坑法开挖施工。施工工序见图8。

施工步骤如下：

（1）在超前支护保护下，开挖左侧上、下台阶，即①、②部，每次开挖长度为0.6～0.8m（根据钢架间距确定），并及时施作初期支护及临时底撑，确保封闭成环。施工时①部超前②部3m，方向自DK278+740向至DK278+900；

（2）在滞后左侧侧壁②部5m后，在超前支护保护下，开挖右侧上、下台阶，即③、④部，每次开挖长度为0.6～0.8m（结合钢架间距确定），并及时施作初期支护及临时底撑，确保封闭成环。施工时③部超前④部3m，方向自DK278+740向DK278+900；

（3）待④部超前3m后，在超前支护保护下，开挖中导洞左上台阶，即⑤部，每次开挖长度为0.6～0.8m（结合钢架间距确定），并及时施作初期支护；

（4）待⑤部超前3m后，在超前支护保护下，开挖中导洞右上台阶，即⑥部，每次开挖长度为0.6～0.8m（结合钢架间距确定），并及时施作初期支护；

（5）待⑥部超前3m后，开挖中导洞中台阶，即⑦部，每次开挖长度为0.6～0.8m（结合钢架间距确定），并及时施作初期支护及临时横撑；

（6）待⑦部超前3m后，开挖中导洞下台阶，即⑧部，每次开挖长度为0.6～0.8m（结合钢架间距确定），并及时施作初期支护；

（7）待⑧部超前3m后，开挖左侧导洞仰拱，即⑨部，每次开挖长度为0.6～0.8m（结合钢架间距确定），并及时施作仰拱初期支护及接长临时竖撑，确保封闭成环；

（8）待⑨部超前3m后，开挖右侧导洞仰拱，即⑩部，每次开挖长度为0.6～0.8m（结合钢架间距确定），并及时施作仰拱初期支护及接长临时竖撑，确保封闭成环；

（9）待⑩部超前3m后，开挖中部仰拱，即

部，每次开挖长度为0.6～0.8m（结合钢架间距确定），并及时施作仰拱初期支护，确保封闭成环；

（10）待 部仰拱初期支护施作完成后，及时施作仰拱及仰拱回填；

（11）待隧道成洞长度8～10m时，拆除临时支护喷混凝土及钢架。一次拆除长度控制在10m以内。拆除临时支撑，及时施作第一层衬砌；

（12）待第一层衬砌达到设计强度的100%时及时施作第二层衬砌；

（13）隧道施工应坚持“支护超前、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则；

（14）拱脚及墙脚处钢架打设锁脚锚杆，确保钢架基础稳定；

（15）根据施工时的实际情况，必要时对掌子面喷射C25混凝土进行封闭。

2.3.4 大跨段衬砌施工

由于大跨段断面变化比较频繁（三种断面进行过渡，分别为标准断面加宽6m、4.4m、2.9m），因此，采用刚度和强度大、方便拆装的专用台车进行衬砌（台车长10m）。为确保施工安全，待仰拱封闭长度可以满足台车拼装后及时拼装台车，进行二衬施工。

大跨段二次衬砌采用主副门架法，主门架结构保持不变，副门架根据断面变化调整尺寸，从而减少门架拆装工作量，提高工作效率，有利于衬砌结构安全。施工顺序为从大断面向小断面施工，即由DK278+740向DK278+900施工。

施工时当第一加宽段施工完毕后，拆除模板，解除主副门架锁定，移动主门架至第二加宽段，拼装副门架，完成主副门架连接，最后安装模板（主副门架采用同一种材质，连接灵活、牢固）。

3 结束语

经过几个月的施工，两单线及双联拱段已经顺利施工完成。在施工过程中未发现初支开裂、大变形或换拱等安全质量事故。大跨段的左、右侧壁导坑已施工至正常断面处，其它工序正按照上述施工方案有条不紊的进行着。实践证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现场。

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