板河口连拱隧道浅埋、偏压段开挖施工分析

文/游永华

1 前言

双连拱隧道自1974年在日本伊祖隧道首次应用以来，一直都是各国隧道研究的重点课题之一。国内有关双连拱隧道的研究始于20 世纪90年代，周玉宏、赵燕明等对云南元磨高速公路桥头偏压双连拱隧道三种不同的施工顺序进行了二维分析，得出了先开挖外侧主洞、后开挖内侧主洞的合理施工顺序；陈少华、李勇对同三线黄云岭双连拱隧道各个施工阶段围岩的稳定性、初期支护和二次衬砌的受力状态等进行了二维分析，得出为使结构应力分布合理，初期支护和仰拱应尽早施作的结论。总体上，我国连拱隧道研究起步较晚，结构形式单一，在设计及施工方面都还存在一些问题，有待进一步深入研究和解决。

2 浅埋下穿公路段隧道开挖施工技术

板河口隧道位于昆明市东川区北侧城郊，隧道全长355m，最大埋深60m，为一座连拱隧道。全隧穿越小江东支断裂带，岩层多为中风化或强风化白云岩和断层角砾，岩层呈裂隙发育，异常破碎，围岩自稳性较差。隧道进口下穿S207 省道，埋深6m；隧道出口位于山体靠陡坡一侧，原地貌山体坡度约75°，洞口仰坡垂直高度50～60m，中隔墙及洞身结构受山体偏压影响大。

由于隧道进口浅埋下穿公路段洞顶最小埋深6m，且覆盖层多为人工回填土，上方公路车流量及荷载较大，隧道穿越小江地震断裂带，围岩破碎，为保证隧道安全进洞，创新采用“中导洞-双侧拱部分步法”进行浅埋下穿公路段施工，最大限度减少施工安全风险，提高施工质量[1]。

“中导洞-双侧拱部分步法”具体施工步骤如下：

2.1 开挖工序图

图1“中导洞-双侧拱部分步法”施工工序图

图2 A 接头板示意图

图3 B 接头板示意图

2.2 详细施工步骤

2.2.1 先开挖中导洞①，施作中导洞初期支护，中导洞贯通后浇筑中隔墙。

2.2.2 中隔墙施工完成后，人工配合小型机械前后交错开挖②部，原则上先开挖偏压一侧正洞，后行洞掌子面距先行洞二次衬砌端头不应小于20m，开挖高度3.8m，开挖面积22.3m2，每次进尺1 榀（0.6m），开挖完成后对岩面及掌子面进行初喷，厚度2～4cm；打设径向系统锚杆，锚杆长L=3.5m，环向间距1.2m；安装钢拱架及I18 临时支撑，每榀钢架拱脚处设置2 根Φ42 锁脚锚管，L=4.5m，锁脚锚管斜向下15～30°；打设拱部（大管棚段除外）Φ42 超前小导管，间距0.4m，L=4.5m，每3m一循环；挂钢筋网片；复喷混凝土至设计厚度；进入下一循环，重复上述工作[2]。

2.2.3 待②部掘进2～3m 时，开挖③部，每次进尺1 榀（0.6m），开挖面积19.6m2，开挖完成后初喷混凝土；打设系统锚杆；安装连接拱架，打设锁脚锚管；挂钢筋网片；复喷混凝土至设计厚度。

2.2.4 ②、③部始终错开2～3m 掘进，待③部超前④部3～5m 时开始开挖④部，开挖高度3.7m，开挖面积35.8m2，每次进尺1～2 榀，并在拆除I18 临时支撑。开挖完成后初喷混凝土，破除中隔墙钢架；打设系统锚杆；安装连接型钢拱架，打设锁脚锚管；挂钢筋网片；复喷混凝土至设计厚度。

2.2.5 ②、③、④部始终错开相应距离向前掘进，待④部超前⑤部6～8m 时，开始开挖⑤部，开挖高度2.5m，开挖面积23.6m2，每次开挖不超过3m，开挖完成后及时施工仰拱初支，掌子面距仰拱距离始终控制在20m 以内。

3 偏压高边坡半明半暗洞身开挖施工技术

由于隧道出口端位于山体靠陡坡一侧，山体垂直坡度约75°，洞口边仰坡垂直高度约30～50m，隧道左洞拱部为明挖，中、下部及仰拱为暗挖，隧道右洞为暗挖。隧道开挖后严重破坏山体原本受力结构体系，极易导致山体岩层失稳，因此本文对偏压高边坡半明半暗洞身开挖施工技术进行研究，完善隧道支护体系整体受力结构，防止因山体侧压造成隧道变形移位[3]。

3.1 施工技术重难点分析

板河口隧道出口端明洞为单压式明洞，长19m，洞口位于山体靠陡坡一侧，原地貌山体坡度约75°，洞口仰坡垂直高度50～60m，受地形条件影响出口明洞段采用半明半暗挖法施工，隧道暗挖部分极易造成山体形成较大临空面，增加山体不稳定性因素，甚至引发山体位移；加之出口端地表现状为基岩裸露荒坡，植被少发育，岩层破碎，施工不当极易出现塌方冒顶等情况。洞口下方为鱼塘，施工道路条件较差，施工空间有限。根据工程实际，施工重难点有：洞口位于山体较为陡峭一侧，受单压影响较大，暗挖部分极易破坏山体稳定性，造成山体吊脚，加剧山体的不稳定因素；山坡陡峭，垂直高度较大；明挖部分受山体不稳定边坡影响较大，安全风险系数较高[4]。

现场经过多次试验，结合现场监控量测数据结果发现，在施工单压高边坡段时采用“中导洞-三台阶预留核心土法”开挖施工时围岩变形量较小。因此，板河口隧道出口单压高边坡段施工时洞内采用“中导洞-三台阶预留核心土法”开挖支护，增加钢筋混凝土基础代替暗挖部分钢拱架支护等辅助施工措施配合，确保施工安全和质量。

图4 板河口隧道出口断面图

图5 板河口隧道出口照片

3.2“中导洞-三台阶预留核心土法”半明半暗施工技术

针对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响明显，明挖段隧道拱部及中台阶呈露出地表状态，若采用自上至下的方式开挖，隧道拱部及中台阶将成悬空支护，极易因下台阶开挖导致山体凌空面增大产生位移带来支护偏位现象，故板河口隧道出口明洞段明挖部分施工时，为了尽量减少因明挖增加隧道靠山体一侧的临空面高度，在施工明挖部分时先施工洞身下部，并参照地铁地连墙施工实例采用钢筋混凝土基础代替洞身下部型钢拱架，做到即开挖即支护，保证山体的稳定性。待明挖部分初期支护施工完成后，在明挖部分初支外露段施工钢筋混凝土护拱，护拱配筋按相应围岩二次衬砌配筋配置，厚度按50cm 施作。具体施工步骤如下：

3.2.1 洞身下部施工

明挖部分施工时，先按设计线路施工点位进行放点，然后采用小型沟槽挖掘机在隧道下台阶线路上开挖出50cm 宽沿线路方向沟槽，深度根据下台阶底部高程确定，沟槽开挖完成后立即将以绑扎成型的钢筋条笼安装到沟槽内，并及时浇筑混凝土；在沟槽钢筋混凝土顶部预埋钢板螺栓连接件，待钢筋混凝土基础达到强度后，方可进行上部初支拱架安装。

基础施工时，其深度按洞身支护设计参数施工，必要时适当增加基础长度；同时，为保证基础拥有足够的稳定性，基础墙身加设ф42 注浆锚管，插入基础的深度为基础的2/3，插入山体4m，锚管呈向下倾斜15°设置，上下间距50cm，左右间距60cm，呈梅花形布置。临时基础施作时，根据上台阶拱脚的位置预埋搭接钢架，与上台阶钢架采用螺栓铆接。拱架施工完成后对拱架与山体一侧进行土体回填。

3.2.2 护拱施工

待明挖部分初期支护施工完成后，为防止山体落石和山体对洞身初期支护的拱圈推力过大造成初期支护受损，对明挖部分初期支护裸露段落增设钢筋混凝土护拱。

对明挖部分初期支护裸露段落护拱施工完成后，待护拱达到相应强度，为平衡山体受力情况，对明挖部分进行土体回填反压加固，明洞回填完成后再施工靠山体一侧正洞洞身开挖及支护。

4 结语

本文通过对浅埋、偏压段连拱隧道开挖施工技术的研究，改进了围岩开挖方法，有效控制隧道变形，保障了施工安全，加快了开挖进度，降低了成本。板河口隧道埋深浅、地形地质条件复杂，施工难度大，安全风险高，但在整个施工过程中未发生一起安全事故，因此工程质量合格，左右主洞提前贯通，取得了良好的社会效应。