四线双连拱隧道施工技术研究

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1、四线双连拱隧道施工技术研究舒　磊中铁十八局集团有限公司    摘　要：结合宜万铁路白云山四线双连隧道建设实际，首先对衬砌结构及中隔墙进行受力分析，然后在考虑围岩情况、安全、进度、效益等因素的情况下，研究双连拱隧道的施工技术，该技术可供同类工程借鉴和参考。    关键词：铁路隧道　双连拱　结构受力    一、工程概况    白云山隧道位于宜昌市点军区和长阳县高家堰镇之间，是宜万铁路重点控制工程之一，全长6827m。其中四线双连拱705m，大跨双线182m，燕尾段366m，其余均为单线隧道，右侧设长

2、为6854m的贯通平导。该隧道地质情况复杂，溶洞、暗河、落水洞、漏斗及岩溶洼地等岩溶现象多见。隧道穿越天阳坪区域断裂，穿越纸厂湾、猴子洞、耗子洞等3个暗河系统，区内发育5条断层，正常涌水量167354m3/d，易发生突水突泥。地层为寒武系上统三游洞群，岩石主要为白云岩、泥质灰岩。    白云山隧道进口围岩为Ⅲ、Ⅳ级。岩层为水平层，节理裂隙发育。最大开挖宽度28.005m。高度12.686m。衬砌断面形式如图1所示（Ⅲ级段衬砌断面不带仰拱衬砌厚40cm）。图1　四线双连拱隧道衬砌断面（单位：cm）

3、    二、四线双连拱隧道结构内力分析    1、衬砌结构    由于四线双连拱隧道断面比较大，其受力结构比较复杂。有关人员研究发现，隧道二次衬砌的轴力随着隧道上覆荷载的增大而增大，最大轴力值分布于中隔墙，其次是仰拱和边墙的结合部位（边墙脚）；最大弯矩同样分布在中隔墙上，其次是边墙脚和边墙，其中拱腰和边墙脚主要受拉。拱顶、边墙和仰拱主要受压。因此，隧道开挖必须进行光面爆破。开挖轮廓线要圆顺，特别是尽量避免拱腰、拱脚处应力集中。二次衬砌时，边墙和仰拱结合部位的钢筋绑扎必须到位，并做好接头处理。  

4、  2、中隔墙受力变化    连拱隧道的中隔墙受到两主洞施工时各个方向反复荷载和拱顶以上荷载的作用，受力十分复杂，压、拉、弯、剪均有，内力经常发生变化，主要发生5次明显的内力转换（见图2）。但由于地质及施工原因。荷载作用方向的不确定性使内力转换更加复杂。图2　中隔墙内力转换    （1）开挖中导洞阶段    中导洞相当于单线隧道，中隔墙主要承受来自拱顶围岩松弛产生的压力，属于轴心受压结构，由于中隔墙断面比较大，这一阶段受力比较稳定。如果隧道存在偏压，中隔墙还受偏压荷载的作用。    （2）开挖左

5、洞阶段    开挖左洞时，破坏了开挖中导洞后围岩形成的稳定，整个隧道产生了偏压。中隔墙主要承受拱顶压力和右洞偏压形成的侧压力F右。中隔墙属于偏心受压结构，此时中隔墙主要抗剪、抗弯，必须验算抗倾覆力矩。    （3）左洞支护阶段    左洞开挖后，立即进行初期支护，拱部采用Φ25mm中空注浆锚杆，喷C25钢纤维混凝土，及时封闭围岩裂隙，抑制围岩变形，并且衬砌紧跟。左洞同样对中隔墙产生侧压力，此时中隔墙承受的偏心荷载方向和大小取决于F左与F右的大小。    （4）开挖右洞阶段    开挖右洞时，左洞

6、形成了偏压。中隔墙受到向右的侧压力F左不变，但是F右减小，因此中隔墙主要受到竖向压力和向右的水平推力F左。    （5）右洞支护衬砌完毕阶段    由于左右洞均已成形，受到的侧压力为0（F右－F左＝0），中隔墙主要承受竖向力，受力稳定。    三、施工方法    1、工序安排    四线双连拱隧道高跨比很小（h/l≤0.4）。结构受力比较复杂，施工方法或施工工艺选择不当，将极有可能造成双连拱隧道大面积垮塌、二次衬砌裂缝、中隔墙渗透水等危害。根据白云山隧道工程地质及水文地质条件，采用中导洞先行。两

7、侧台阶法跟进的方式开挖。开挖工序为：中导洞开挖支护→灌筑中隔墙混凝土→左洞上导坑开挖支护→左洞下导坑开挖支护→左洞衬砌→右洞上导坑开挖支护→右洞下导坑开挖支护→右洞衬砌。    2、洞口施工    为了保证进洞安全，洞口均要施作超前支护.超前支护的形式要根据围岩级别、工程地质、水文地质、开挖断面的大小选择，主要有超前锚杆、超前小导管注浆、小管棚、长管棚等形式，并且先在洞口拱部施作长1m的护拱后再进行洞口开挖。洞口一般按照弱爆破、勤量测、及时支护的原则开挖，并做好防排水。    3、中导洞施工工艺

8、及特点    中导洞作为一个辅助导坑，其结构形式和大小对工程进度、安全及经济效益有很大的影响。由于白云山隧道属于特长隧道，工期紧，地质条件复杂，经过方案比选，四线双连拱隧道段采用中洞法施工。中导洞宽7.2m，高8.25m.非对称断面，拱部为半径36m的半圆拱（见图3）。此段围岩为Ⅲ、Ⅳ级，岩溶裂隙发育，极不稳定。Ⅲ级围岩地段喷厚5～10cm的C20混凝土进行临时支护，Ⅳ级围岩地段喷厚10～15cm的C20混凝土进行临时支护，局部设置Φ22mm的砂浆锚杆，在围岩较破碎的地段用I16的钢架进行支护。