摘要：連拱隧道是一種重要的中短隧道結(jié)構(gòu)型式。在分析連拱隧道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為三層曲(直)中墻連拱隧道是一種較為理想的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合安徽省黃祁高速公路連拱隧道設(shè)計(jì)和施工，詳細(xì)論述了設(shè)計(jì)連拱隧道時(shí)的注意事項(xiàng)及需考慮的關(guān)鍵問題。
　　關(guān)鍵詞：隧道工程；連拱；設(shè)計(jì)；施工
　　一、前言
　　從20世紀(jì)90年代初開始，我國在公路隧道建設(shè)中逐漸采用連拱隧道。進(jìn)入21世紀(jì)，由于提高了環(huán)保要求，越來越廣泛地采用中短隧道。連拱隧道因其在布線、洞口接線、節(jié)約用地等方面的優(yōu)勢而得到普遍應(yīng)用。
　　二、連拱隧道的適用性及結(jié)構(gòu)選型
　　連拱隧道和分離式隧道差異較大，分析連拱隧道的特點(diǎn)對于隧道結(jié)構(gòu)選型具有重要意義。連拱隧道在短隧道中可避免洞口分幅，洞口占地面積較少，線路布線方便，可保持路線線型流暢；在城市中可大大減少拆遷，降低工程造價(jià)，也容易與隧道外的橋梁或特殊工程相連。按中墻形狀可分為直中墻和曲中墻連拱隧道，按中墻結(jié)構(gòu)型式可分為整澆中墻和三層中墻連拱隧道，施工過程中也未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在穩(wěn)定問題。實(shí)踐表明三層曲中墻的連拱隧道是理想的結(jié)構(gòu)型式。
　　三、連拱隧道設(shè)計(jì)要點(diǎn)
　　連拱隧道設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為隧道斷面型式、中導(dǎo)坑及中墻、施工工序的設(shè)計(jì)。下面談?wù)勗O(shè)計(jì)三層曲中墻連拱隧道的體會。
　　3.1 連拱隧道合理的結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)
　　隧道斷面型式總體上按三種地質(zhì)情況進(jìn)行確定：為土質(zhì)、軟巖或斷層破碎帶(圍巖級別為Ⅴ、Ⅵ級)；較軟巖、硬巖(圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級)；硬巖(圍巖級別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級)。分述如下：
　　1) 土質(zhì)、軟巖或斷層破碎帶(圍巖級別為Ⅴ、Ⅵ級)襯砌斷面結(jié)構(gòu)型式:這種地層的特點(diǎn)為：隧道所受的豎向及水平壓力大，基底承載力及圍巖的彈性抗力較小，圍巖軟弱遇水易軟化，因此要求結(jié)構(gòu)要有足夠的承載力，支護(hù)體系應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，在施工過程中不應(yīng)產(chǎn)生大的變形及位移。隧道開挖后支護(hù)應(yīng)及時(shí)封閉，同時(shí)隧道開挖輪廓應(yīng)盡量圓順，避免一些直線的開挖，初期支護(hù)在底部應(yīng)封閉。
　　2) 較軟巖、硬巖(圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級)的襯砌斷面結(jié)構(gòu)型式:這種地層的特點(diǎn)為：隧道所受的豎向及水平壓力較小，基底承載力及圍巖的彈性抗力較大，針對土質(zhì)、軟巖或斷層破碎帶襯砌斷面結(jié)構(gòu)型式的一些要求，在這種圍巖情況下可以弱化。底部的初期支護(hù)可不封閉，但設(shè)計(jì)時(shí)要求隧道的仰拱能及時(shí)跟進(jìn)，以達(dá)到隧道支護(hù)及時(shí)封閉的要求，同時(shí)也自然地提高了仰拱的作用。
　　3) 硬巖(圍巖級別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級)的襯砌斷面結(jié)構(gòu)型式:這種地層的特點(diǎn)為：隧道所受的豎向及水平壓力均相對很小，特別是水平壓力顯著減小，基底承載力及圍巖的彈性抗力都很大，隧道基本不會發(fā)生失穩(wěn)和破壞的情況。所以應(yīng)采用不帶仰拱的襯砌型式。最需考慮的是隧道后續(xù)開挖對已經(jīng)做好的支護(hù)或二次襯砌的震動影響。通過中導(dǎo)坑的開挖，其自然地起到了隔斷左右洞爆破震動的傳遞，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要求開挖時(shí)重視這一點(diǎn)。
　　3.2 連拱隧道中導(dǎo)坑及中隔墻的設(shè)計(jì):隧道中導(dǎo)坑，設(shè)計(jì)斷面比較小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也是連拱隧道施工過程中最安全的施工階段。中導(dǎo)坑和中隔墻的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到連拱隧道施工質(zhì)量、施工過程中隧道穩(wěn)定等問題，需要特別討論。
　　3.2.1中導(dǎo)坑設(shè)計(jì)
　　中導(dǎo)坑應(yīng)偏向于主洞先開挖的一側(cè)：使得在同樣寬度的情況下，在一側(cè)可獲得較大的施工空間，可進(jìn)行施工人員的走動及布設(shè)施工設(shè)施;如果需要在中導(dǎo)坑一側(cè)回填土石或混凝土、加設(shè)橫向鋼支撐時(shí)，由于在中導(dǎo)坑開挖寬度一樣時(shí)，該側(cè)寬度較窄，可節(jié)約工程數(shù)量，降低造價(jià);隧道主洞開挖并施工了支護(hù)和二次襯砌后，會對中隔墻產(chǎn)生較大的水平推力，將中導(dǎo)坑向該側(cè)偏移，中隔墻頂圍巖對中墻的抗力是有利于中墻穩(wěn)定的。中導(dǎo)坑開挖底面應(yīng)較中隔墻底面略高：因?yàn)樵谥袑?dǎo)坑開挖后，隨著施工設(shè)備的碾壓和水的浸泡，中隔墻底容易軟化，表層破碎，而中隔墻在施工過程中需承受很大的豎向壓力，所以必須保證基底圍巖的承載力。中導(dǎo)坑(側(cè)導(dǎo)坑)的寬度不能太窄：由于中導(dǎo)坑必須先開挖施工，一般要求中導(dǎo)坑需先貫通；從施工進(jìn)度和安全的角度出發(fā)，導(dǎo)坑開挖和支護(hù)的施工均應(yīng)采用挖掘機(jī)等設(shè)備進(jìn)行，所以要求其必須具備一定的開挖寬度。通過對現(xiàn)場實(shí)際施工設(shè)備及具體施工操作的調(diào)查，中導(dǎo)坑支護(hù)后的凈寬不宜小于4.5m。
　　3.2.2中隔墻設(shè)計(jì)
　　在三層曲中墻連拱隧道的中隔墻和單層直中墻連拱隧道的作用有些差異，但究其在各施工階段情況來看，其所受的外力大小等情況和單層直中墻的連拱隧道中隔墻差異不大。但由于在二次襯砌施工后，其作用不大，也容許其有一定的裂縫，所以設(shè)計(jì)安全系數(shù)可減小。在具體工程中建議中隔墻的厚度應(yīng)根據(jù)不同圍巖級別來定，但最小厚度不應(yīng)小于80cm；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加大中隔隔墻基底的寬度，以增強(qiáng)中隔墻的穩(wěn)定性；最好能在中隔墻頂部增加一些錨桿，且錨桿伸人中隔墻不小于50cm的長度，以增強(qiáng)中隔墻抗傾覆的能力；中隔墻設(shè)計(jì)應(yīng)支撐到導(dǎo)坑的頂部，即要求施工時(shí)一次施工至頂部。
　　3.2.3中隔墻側(cè)向支撐
　　由于三層曲中墻連拱隧道在施工時(shí)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較傳統(tǒng)連拱隧道結(jié)構(gòu)型式更好，通過近幾年三層曲中墻連拱隧道設(shè)計(jì)和建設(shè)積累的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為對中隔墻的橫向支撐只需設(shè)一些鋼支撐或不設(shè)支撐；而按傳統(tǒng)對中墻一側(cè)回填土石或片石混凝土，一方面投資較大，延長施工工期，并且隧道開挖時(shí)對已完成的工程振動較大，如果不回填，則可對沖擊波起到隔離的作用。
　　3.3 隧道防排水設(shè)計(jì)
　　我們對分離式隧道的防排水設(shè)計(jì)和施工已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。三層曲中墻連拱隧道結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計(jì)和施工與分離式隧道的防排水原理基本一致，只需參照分離式隧道進(jìn)行防排水設(shè)計(jì)。
　　根據(jù)分離式隧道的防排水設(shè)計(jì)思路，需要在防水板和初期支護(hù)之間鋪設(shè)環(huán)向和縱向盲溝。對于三層曲中墻連拱隧道，在中隔墻處需要在二襯和中隔墻間安裝環(huán)向盲溝和縱向盲溝；中隔墻采用模筑混凝土，并且在二次襯砌和中隔墻間無任何預(yù)留變形量，在該處防排水的設(shè)計(jì)和施工與分離式隧道有一些差異。建議采取的措施是：隧道的環(huán)向盲溝和中隔墻間的縱向盲溝應(yīng)選取扁狀的塑料盲溝，以減小對中隔墻或二次襯砌空間的侵入；二次襯砌是連拱隧道的主要承載體，在高圍巖級別中均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此盲溝不能侵入二次襯砌。建議中隔墻的鋼筋布置時(shí)適當(dāng)增加一定的保護(hù)層厚度，同時(shí)在中隔墻施工時(shí)預(yù)留盲溝所需的槽。
　　3.4 連拱隧道合理的施工工序
　　對墻連拱隧道而言，其施工工序?qū)λ淼赖姆�(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全影響很大，施工工序不僅僅是平面的施工順序，尚應(yīng)注意在隧道縱向方面的開挖和施工控制，如各工序之間的縱向距離控制。
　　3.4.1軟巖高圍巖級別的三層曲中墻連拱隧道施工工序
　　根據(jù)目前國內(nèi)已建成或在建的連拱隧道，通過現(xiàn)場對這些隧道的支護(hù)、施工過程中的穩(wěn)定性等實(shí)地工程調(diào)查，認(rèn)為合理的軟巖高圍巖級別的三層曲中墻施工順序設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：
　　1)施工工序首先應(yīng)選取三導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。2) 地質(zhì)條件略好時(shí)，可采用中導(dǎo)坑開挖+主洞微臺階法開挖，上半斷面超前的距離不大于10m。
　　3)主洞的下一個(gè)循環(huán)的開挖，需在前一個(gè)循環(huán)開挖主洞的二次襯砌施工后進(jìn)行。
　　3.4.2硬巖及低圍巖級別的三層曲中墻連拱隧道施工工序
　　硬巖及低圍巖級別相對于軟巖高圍巖級別而言具有：隧道基底承載力高，圍巖側(cè)壓力小，總的隧道壓力小等特點(diǎn)。所以隧道的施工工序也應(yīng)不同于軟巖連拱隧道，建議采用的施工工序?yàn)橹袑?dǎo)坑法開挖；主洞開挖可采用臺階法或全斷面開挖；后開挖主洞的開挖，最好在先開挖主洞的二次襯砌施工后進(jìn)行。當(dāng)受施工制約時(shí)，可根據(jù)實(shí)際施工時(shí)視圍巖和中墻結(jié)構(gòu)和厚度等情況，左右洞可同時(shí)開挖。一般情況下連拱隧道屬淺埋短隧道。連拱隧道寬度較寬，在洞口段常會出現(xiàn)偏壓地形偏壓或地質(zhì)構(gòu)造偏壓，施工中應(yīng)注意確定內(nèi)、外側(cè)主洞開挖的先后順序。國內(nèi)目前關(guān)于這個(gè)問題的爭議較大，通過實(shí)地處理淺埋偏壓連拱隧道的經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算分析，我們認(rèn)為應(yīng)先開挖外側(cè)的隧道。在外側(cè)隧道的二次襯砌完成后，才能進(jìn)行內(nèi)側(cè)隧道的開挖和施工。
　　四、結(jié)語
　　連拱隧道的設(shè)計(jì)已比較成熟。可以根據(jù)實(shí)際選線時(shí)采用一些連拱隧道，特別是在圍巖地質(zhì)條件較好、隧道洞口地形有利的中短隧道更宜選用連拱隧道。寫本文的目的是希望與同行共同探討、學(xué)習(xí)，形成正確的認(rèn)識，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)有條件地通過綜合比較分析而選用連拱隧道結(jié)構(gòu)型式。
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