双连拱隧道工法

双连拱隧道中导洞-正洞施工工法

前言

中导洞-正洞施工工法是双连拱隧道施工的一种高效施工方法。它根据新奥法原理，采用光面爆破大断面开挖，使用锚、喷、网、钢拱架和超前导管及超前管棚等支护手段，先开挖贯通中导洞，浇筑中隔墙混凝土，然后采用上下台阶法开挖左右正洞，最后进行全断面二次衬砌。

早期的双连拱隧道多采用三导洞法施工，对围岩扰动的次数多，施工周期长，工效慢、工期长、成本高，不利于隧道防水。同三线浙江省境内的岵岫岭隧道设计的施工方案为三导洞法，后采用中导洞-正洞台阶法施工，效果良好。

一、工法特点

（一）采用新奥法施工，尽量减少对围岩的扰动，充分保护和利用围岩的自承载能力，提高隧道结构的整体安全度。

（二）与三导洞法相比，减少了两个侧壁导洞，施工干扰少、临时支护量小，有效地降低了对围岩的扰动，缩短了施工周期，降低成本，减少工程投资。

二、适用范围

本工法适用于双连拱山岭隧道的各种围岩情况，隧道的开挖方式则根据具体的情况来选择。

正台阶二步开挖法是全断面一次开挖法的改进方法，多用于围岩能短期内处于稳定的地层中。台阶法根据台阶长度的不同，可划分为长台阶、短台阶和超短台阶三种，在IV类以上的围岩中一般采用长台阶，对于III、IV类围岩多采用短台阶，而对于II类以下的软弱中围岩则常采用超短台阶开挖法。

对于V、VI类整体性好的围岩，可采用全断面法；而对于土质围岩及软弱围岩则采用台阶分部开挖留核心土法。

三、工艺原理

（一）本工法的基本理论基础是新奥法。开挖后允许围岩有一定的变形，从而释放部分

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地应力；通过监控量测和适时支护来控制围岩变形，使围岩不会失稳；围岩与锚喷等支护共同作用形成复合承载结构。

（二）中导洞-正洞法根据新奥法的基本原理，简化施工工序，采用薄膜支护，减少了开挖数量及衬砌圬工数量。

四、施工工艺

（一）施工方法及顺序

采用中导洞-正洞法施工，其步骤为先开挖中导坑，并做导坑临时支护直到中导洞贯通，然后由内向外浇筑中隔墙直到全部完成，铺设中隔墙顶防水材料，并将中隔墙相同标号的砼回填，打设长管棚注浆，然后开挖右洞上拱及初期支护，同时做好围岩的变形观测。待右洞上拱推进适当距离（约5～10m）后，开挖左洞上拱并做好上拱的初期支护，做好围岩的变形观测，上拱掘进适当距离（约50m左右）开挖洞身中槽，采用“马口”跳槽的方法进行侧墙的开挖与初期支护，“马口”开挖宽度控制在2～3m，施工过程中侧墙与拱部初期支护严禁通缝。侧墙初期支护完成后铺设防水层，采用衬砌台车双对称浇筑二次衬砌砼。对于不同的围岩类别，具体

4——隧道下台阶开挖 IV——边墙初期支护施作

5——仰拱施作 V——拱部及侧墙衬砌施作

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首先组织测量人员对导线点，水准点进行复测，复测结果无误后进行导线网和水准网的布

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设，洞内导线根据洞口投点向洞内作引伸测量，洞口投点纳入控制网并满足测量精度要求。洞内测量采用导线法进行，中线点根据导线点逐段放样用全站仪施测。隧道开挖断面控制采用断面支距法，洞内高程控制由洞口水准点引伸到洞内布设，采用精密水准仪施测，所有洞口、洞内导线控制点，水准点都要定期进行检查复核。

2．洞口及明洞开挖

洞口开挖前应先行做好天沟、边沟等洞口排水设施，确保地表水不致危及隧道的施工安全。应贯彻“早进晚出”的原则，尽量早进洞晚出洞、减少洞口刷坡，提高隧道运营期间的安全度。

3．中导洞开挖和初期支护

（1）中导洞开挖

中导洞的尺寸按满足中隔墙施工要求选定,并要满足预埋钢筋的要求。开挖时应加强测量放样控制，特别是双向开挖时。围岩较好时可采用全断面开挖，围岩差时可采用上下微台阶法开挖。开挖应采用光面爆破，以直眼掏槽为宜；爆破设计参数应经过试验段检验和调整，如果无条件试验时，可按《公路隧道施工技术规范》有关内容选用。

开挖进尺I、II类围岩采用0.4~1.0米，III类及以上围岩可选择1~4米。开挖时应严格控制洞顶和洞底的超欠挖，不同围岩地质条件下的允许超挖值按《公路隧道施工技术规范》有关规定采用。

（2）中导洞初期支护

I至III类围岩根据具体情况选用超前支护措施，包括超前管棚注浆、超前小导管注浆或超前锚杆。I类围岩的初期支护参数应根据围岩情况慎重选定。开挖后应及时喷一层5厘米厚的早强混凝土，然后施工钢筋拱架和锚杆，最后再喷一层喷混凝土。VI类围岩可不支护。V类围岩一般也可不进行初期支护，对稳定性差的局部地段应进行喷混凝土支护。IV类围岩要采用喷混凝土支护，喷混凝土厚度5厘米。III类围岩要采用锚杆喷混凝土联合支护措施，喷混凝土厚度可选择7~10厘米，并在拱部设置2米长Φ22砂浆锚杆，纵横向间距可选择1.2~1.5米。II类围岩须采用锚杆喷混凝土联合支护，喷混凝土厚度10厘米，并采用钢筋拱架，拱部设置2.5米长的Φ22砂浆锚杆，必要时墙部也要设置锚杆。其具体支护情况按《公路隧道施工技术规范》有关规定执行。

4．中隔墙衬砌施工，墙顶挂网，喷混凝土回填。

中隔墙衬砌施工前，要将洞底的水、泥、碴清理干净，一般先施工中隔墙基础，再施工墙身。模板可以使用组合钢模板或整体钢模板台车。混凝土浇筑宜采用泵送混凝土施工。混凝土应采用抗渗混凝土，抗渗标号须达到S10。预留排水管必须固定牢固，保证畅通。

5．中隔墙侧边（后开挖主洞一侧）回填或支撑顶紧。

在开挖主洞前，为防止爆破产生的冲击波对中隔墙的破坏，应在中隔墙靠后开挖的主洞一侧用型钢把中隔墙和岩面顶紧，或者用土石回填并在上部浆砌1米高的片石。

6．超前预支护。

预支护类型主要有三种，即超前锚杆、小导管注浆及管棚。具体按《公路隧道施工技术规范》有关规定执行。

7．主洞上台阶（拱部）留核心土环状开挖。

在导洞进行到一定距离，中隔墙浇筑混凝土达到设计强度，并且施工完长管棚超前支护后，·4·

进行主洞室的开挖，先进行左洞开挖，右洞滞后左洞30 m。

V、VI类围岩主洞开挖时可采用全断面开挖法，对于III、IV类围岩采用台阶法开挖。II 类及其以下围岩先进行上台阶留核心土开挖，进尺控制在0.5~0.75 m之间。

8．主洞上台阶（拱部）初期支护施工。

爆破出渣后及时施作初期支护，先喷射5cm混凝土，再安装钢拱架，然后打设锚杆、张挂钢筋网，分层喷射混凝土达到规定厚度为止。其具体流程图如图4所示。

图4 初期支护流程图

9．主洞上台阶（拱部）核心土开挖。

对于土质围岩及软弱围岩，上拱圈施作完成后，洞内只剩下中间的核心土体，钻爆开挖，用装载机装车，自卸车运输将渣运出洞外。该部分开挖先进行侧墙平面以上部分开挖，开挖一定距离后从洞内向外退挖下台阶，即隧底、仰拱部分。

10．主洞下台阶（边墙）开挖。

主洞上部每单洞开挖，支护完成50m后，经量测围岩稳定，即可进行下部中槽开挖。为减少上部作业与下部作业相互干扰，同时为了平衡左、右洞对中隔墙的推力，进、出口的左、右

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两洞工作面要同时掘进，中槽开挖工作面和上部开挖工作面相距不应小于30m。

中槽开挖采用松动爆破，挖掘机装渣，5t解放自卸汽车运输的作业方式。

中槽开挖掘进20～30m后，观测上拱初期支护稳定的情况。围岩稳定性差时，应分段跳跃开挖，不宜一次挖通。边墙部分围岩采取“挖马口”方式，拱圈是分环节灌注的，施工缝处的连接较弱，隧道拱圈被施工缝分割为多段，为避免开挖边墙处围岩时使整段拱圈悬空，需采用马口跳槽施工。

为防止拱圈下沉，马口开挖长度应予以控制，III~I类围岩中不宜超过4m。马口开挖过程中，要注意拱脚顺层滑动，必要时设置卡口梁，阻止拱脚下滑。

11．主洞下台阶（边墙）初期支护施工。

下部台阶（边墙）爆破出渣后，即刻进行初期支护。现代隧道工程中最常见的也是最基本的初期支护形式和方法是锚喷支护。

锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式。可以根据不同围岩的稳定状况，采用锚喷支护中的一种或几种结构的组合。用机械方法加固隧道围岩，可设锚杆；张挂金属网，提高混凝土支护层的抗拉能力、抗裂性、抗震性。

侧墙支护注意事项：

(1) 安装拱架时，连接螺栓一定要紧固。加工拱架时，应避免在隧道拱架高度2/3高处附近设置接头，拱脚底必须回填密实，严禁拱架底悬空。

(2) 墙脚底面1m范围内严禁欠挖。超挖部分用与拱圈同标号砼回填密实。

(3) 索脚锚杆须按施工要求做，防止拱架受力时墙脚内移，引起拱圈开裂。

12．仰拱施工。

主洞初期支护全部完成后，经量测洞室处于稳定状态，此时二次衬砌及时跟进。为尽快使初期支护封闭成环，首先安排仰拱施工。

（1）仰拱施工阶段，连体隧道处于最不利受力状态，为防止侧墙受力过大而引起拱圈破坏采取如下措施：

①仰拱施工，左、右洞对称进行，每一施工段长度Ⅱ类围岩15～20m，Ⅲ类围岩20～30m。

②按由内向外的顺序，先进行Ⅲ类围岩段施工，后进行Ⅱ类围岩段施工。

（2）仰拱浇筑完成前禁止车辆碾压。砼浇筑后，养护3d后进行仰拱回填。

（3）仰拱回填必须分层浇筑，每层厚度不大于30cm，禁止车辆在仰拱上运行。如果边墙不稳定，可架立横梁支撑，将侧墙顶紧。

13．拱部及侧墙衬砌施工。

在隧道初期支护形成稳定的闭合环后，立即进行二次衬砌的施工。二次衬砌由洞外（进口）逐步向洞内（左、右洞对称）向前浇筑，尽量减少由于中隔墙顶的再一次受力体系变化产生的对中隔墙顶水平推力的影响。二次衬砌可采用组合式钢模和整体式台车浇筑，或使用衬砌台车浇筑。

衬砌施工作业要点：

（1）铺设轨道时，必须认真清理。加固基础，防止浇筑砼过程中基础下沉，影响浇筑质量。

（2）台车校核后，用三角形方木将台车支承轮沿纵向固定，然后用方木斜撑将台车主梁·6·

横向固定。

（3）中隔墙顶面砼凿毛后，用水清理干净，两侧各预埋一根纵向φ80mm软式透水管。由于中隔墙顶预埋背贴式止水带水板与拱圈排水板熔点不同，不宜进行热合焊接，故采用专用粘合剂粘合。

（4）铺设排水管和防水层

首先认真清理初期支护表面，割除砼表面露头的钢筋、铁丝，凿除砼凸起部分。侧墙支护浇筑封口时形成的台阶必须凿除。

先用铁丝将拱部环向φ50mm软式透水管和墙脚纵向φ80mm软式透水管，固定在初期支护表面，环向管与中隔墙顶面预埋管接通，两通接头用土工布包紧，并用细铁丝缠紧。纵向φ80mm 软式透水管沿隧道坡度铺设平顺并使用三通接头和拱部环向管连通，三通接头用土工布缠紧，并用细铁丝固定。

标出隧道拱顶中线，土工布和排水板沿隧道中线由拱顶沿简易台车拱架缓缓向两边铺设，边铺边用射钉枪用专门垫片将土工布与排水板固定在初期支护上。

（5）安装钢筋时，拱部钢筋使用预制砼块控制保护层厚度。中隔墙预留钢筋和拱部环向钢筋焊接牢固。水平构造在施工缝断面采用搭接或焊接需符合要求，同一断面焊缝个数不超过50％，防止砼出现环向裂缝。钢筋的安装按《公路工程质量检验评定标准（JTJ071—98）中表6.12.2-1执行。

（6）安装模板：

位于浇筑成形一侧的模板安装时，模板应伸入衬砌边缘至少5cm。并用硬木楔将模板顶紧于已成形衬砌表面。浇筑砼时要随时检查，如果发现木楔松动要及时紧固，防止砼浇筑出现错台现象。

（7）浇筑砼：

首段衬砌必须左、右洞对称同时浇筑，防止水平推力过大破坏中隔墙的稳定，浇筑过程中，在中隔墙侧台车与墙体间设置若干木楔。通过木楔松紧情况检查判断台车对墙体产生的水平推力情况，用以控制浇筑速度。

当拱圈砼浇筑到中隔墙顶面时，拱圈左、右部分应对称交替进行浇筑，防止拱圈变形。

拱圈浇筑连续分层浇筑，每层厚度30cm，侧墙砼坍落度控制在14～16 cm左右为宜。封顶时，可调整砼坍落度为16～18cm，同时适当增加砂率及水泥含量，提高砼泵送性能，防止堵管。同时，采用附着式振捣器振捣。

封顶由内向外沿隧道纵向进行，封顶时砼压力达到10～11Mpa时。停止泵送砼并使输送管停止3～5min。若砼压力保持在10～11Mpa左右，即可插入封口钢片，拆除软管，结束砼浇筑。

（8）拆模、养生

当衬砌砼达到2.5Mpa时，方可拆除模板。砼养生，一般情况下洞口30m范围内砼需要洒水养生，洞内视温、湿度情况可自然养生。

14．洞门工程施工

（1）长管棚注浆

仰坡锚喷防护完成后，即可进行长管棚注浆施工。

施工工艺：使用导轨式独立回转凿岩机钻孔，使用专用浆液泵注浆，最大注浆压力3.7MPa。

工艺流程：安装钢架→测量放样→钻机定位→钻孔→清孔、验孔→管棚安装→注浆→填充封管

（2）进洞施工

管棚施工完4～6h后即可进行主洞开挖施工。此时，管棚处于悬臂梁状态，难以支撑隧道上覆围岩压力，进洞应缓慢进行。

首先，用风镐沿隧道开挖轮廓线凿一条60cm宽、深50cm的凹槽，然后在凹槽内安装2榀14号工字钢拱架。凹槽外侧安装3榀14号工字钢拱架，工字钢拱架用φ22钢筋横向连接成一体，最后模注C30砼。由于C30钢筋砼拱圈的支撑作用，可避免管棚端部受压折断造成仰坡坍塌。

在砼拱的支撑作用下，管棚充分发挥了防护作用。砼达到设计强度后，用松动爆破开挖核心岩体，再用此法循环施工掘进10m后，进入正常施工程序。

（3）明洞施工

①明洞浇筑

明洞和削竹式洞门使用衬砌台车左、右洞对称一次浇筑完成。为防止明洞衬砌与暗挖段衬砌因沉降不同而产生裂缝，致使明洞与暗挖段相接处渗漏水，在明洞顶与仰坡相交处斜向上安装φ22砂浆锚杆，锚杆长度4m，环距1m。锚杆端部和明洞主筋焊接成一体，并将锚杆端部和明洞浇筑成一体

②明洞防水层

明洞两侧50×50cm纵向排水暗沟底面以下，采用和接挖段相同的防排水层，纵向排水暗沟底面以上，采用甲种防水层。

③明洞回填

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当明洞防水层外砂浆保护层达到设计强度时，进行明洞回填。明洞采用左、右洞对称回填，即左、右两洞及每洞左、右两侧同时对称回填。

人工夯填至拱顶以上1m后，采用械机回填和压实，最后施做50cm厚粘土隔水层并压实。

五、机具设备

1．施工通风机具

2．开挖机具

3．初期支护机具

4．衬砌机具

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5．其他

高压风管、水管、通风管、照明灯具的规格和数量，应根据隧道长度、设计水风压力、光照度等参数来确定。

六、劳动组织（单口作业）

1．开挖

钻爆手（兼钻锚杆眼）6~8人，出渣1~2人，记录1人，合计9~11人。

2．初期支护

锚杆、格栅支撑制作：4人（安装与拆除由开挖班负责）。

锚喷：锚杆安装2人，砼喷射手1~2人，砼供料3~4人，搅拌机司机1人，质检、记录各1人，合计9~11人。

挂网（需要时）：4人。

3．衬砌

立模4~6人，砼供料2~4人，成品砼运输2~4人，砼灌筑6~10人，合计14~24人。另配备搅拌机司机、输送泵司机各2人，质检、记录各1人。

4．测量及量测

测量放样3~4人，量测3人。

5．其他

风压机司机1人，电工2人，管道工2人，试验员2人，安全员2人，调度及管理人员4~6人。

七、质量控制

1．质量保障机构

建立以经理、总工为首、由项目部、施工队、作业班组组成的三级质量保障机构，对项目工程进行全面的质量管理。

2．施工过程的质量控制：

项目施工过程实行三级质量控制，即工班实行质量自控自检，工段实行专控互检和工序交接检验，项目经理部实行专控专检。工序之间的质量检查，严格按技术规范进行，上道工序不检查签认，下道工序不准进行，要严格执行工序之间的交接、签证手续，本级检查不合格的工程项目不准呈报上一级的质检人员检查、验收。

3．质量保证措施

制定经理部、施工队及班组三级质量管理体系，明确责任，积极配合监理工程师的工作，严格执行经理部三级质量检验制度，质检工程师检查不合格的项目坚决不向监理工程师报验；工程技术管理人员和经理部签订质量目标责任状，明确岗位责任制和工作职责标准，保证本工程质量合格率100﹪。

九、安全措施

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1．隧道施工的各班组间，应建立完善的交接班制度，并将施工、安全等情况记载于交接班的记录簿内。工地值班负责人应认真检查交接班情况。

2．所有进入隧道工地的人员，必须按规定配戴安全防护用品，遵章守纪，听从指挥。

3．开挖人员到达工作地点时，应首先检查工作面是否处于安全状态，并检查支护是否牢固，如有松动的石、土或裂缝，应先清除或支护。遇有不良地质地段施工时，应按照先治水、少扰动、早喷锚、紧封闭的原则稳步前进。

4．风钻钻眼时，应先检查机身、螺栓、卡套、弹簧和支架是否正常，管子接头是否牢固，有无漏风；钻杆有无不直、带伤以及钻孔堵塞现象，不合要求者应予以修理或更换。用带支架的风钻钻眼时，必须将支架安置稳妥，风钻卡钻时应用板钳松动拔出，不可敲打，未关风前不得拆除钻杆。

5．爆破作业应严格按《爆破安全规程》（GB6722-86）的有关操作规定执行。

6．洞内出碴运输车辆必须处于完好状态，制动有效，严禁人料混载。进洞的各类机械与车辆，宜选用带净化装置的柴油机动力，燃烧汽油的车辆和机械不得进洞。不准超载、超宽、超高运输。

7．进出隧道的人员应走人行道，不得与机械车辆抢道。

8．洞内运输车辆行驶中严禁超车，所有车辆减速慢行。在洞口、平交道口及施工狭窄地段应设置“缓行”标志，必要时设专人指挥交通。凡停放在接近车辆运行界限处的施工设备与机械，应在其外缘设置低压红色闪光灯以显示界限，防止运输车辆碰撞。洞内车辆相遇或有行人通行时，关闭大灯，改用近光灯。

9．隧道各部开挖后，除围岩完整坚硬及设计文件中规定不需要支护者外，都必须根据围岩情况采取有效的支护。施工期间，要对支护各部定期进行检查。在不良地质地段每班应设专人随时检查，当发现支护变形或损坏时，应立即整修和加固；当变形或损坏情况严重时，应先将施工人员撤离现场，再行加固。

10．洞内支护，宜随挖随支护，支护与开挖面的距离一般不得超过4m，如遇石质破碎、风化严重和土质隧道时，应尽量缩小支护工作面。当短期停工时，应将支撑直抵工作面。不得将支撑立柱置于废渣或活动的石头上。

11．喷锚支护时，危石应清除，脚手架牢固可靠，喷射手应佩戴防护用品；机械各部应完好正常，压力应保持在0.2Mpa左右；注浆管喷嘴严禁对人放置。

12．随着隧道各部开挖工作的掘进，应及时进行衬砌或压浆，特别是洞门建筑的衬砌必须尽早施工，地质不良地段的洞口必须首先完成。

13．衬砌使用的脚手架、工作平台、跳板、梯子等应安装牢固，不得有露头的钉子和突出的尖角。脚手架及工作平台上的铺板应钉铺结实，木板的端头必须搭于支点上，高于2m的工作平台上应设置不低于1m的栏杆。跳板应设防滑条。

14．保持隧道内空气环境良好，隧道施工时的通风应设专人管理。隧道内空气成分每月应至少取样分析一次；风道含尘量每月至少检测一次。

15．无论通风机运转与否，严禁人员在风管的进出口附近停留，通风机停止运转时任何人员不得靠近通风软管行走，不得将任何物品放在通风管或管口上。

16．隧道内用电线路，均应使用防潮绝缘导线，并按照规定的高度用磁瓶悬挂牢固，不得

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将电线挂在铁钉和其他铁件上或捆扎在一起。开关外应加木箱盖，采用封闭式保险盒。隧道内的用电线路和照明设备须设专人负责检修管理，检修时应切断电源，在潮湿隧道中应使用防水灯具。

17．各洞口施工区，洞内机电洞室、料库、皮带运输机等处均应设置有效而数量足够的消防器材，并设明显的标志，定期检查、补充和更换。洞内及各洞室不得存放汽油、煤油、变压器油和其他易燃物品。洞内及库房周围严禁烟火。

十、技术经济分析

同三导洞法相比，减少了两个侧壁导洞，施工干扰小，临时支护量小，降低了成本，减少了工程投资，取得了明显的经济效益。岵岫岭隧道采用该施工技术减少了临时支护，节约支护费用、人工、机械等费用120万元。木西岙隧道、红枫隧道应用该技术也带来了175万的经济效益。

十一、工程实例

岵岫岭隧道为双拱连体式，隧道全长345.4m，其中明洞40.9m（进口30m，出口10.9m），暗洞长304.5m。设计推荐“三导洞先墙后拱法”施工，根据岵岫岭的地形、地质条件及工期要求，此方案无论在开挖进度、安全和二次衬砌质量上都存在着不少困难和问题。经施工技术人员反复讨论、研究和实验，提出了“中导洞-正洞台阶法”的施工方案。岵岫岭隧道2000年12月通过浙江省交通厅质监站质量鉴定，被评为优良工程并顺利通过交工验收。

该技术推广应用于木西岙隧道、红枫隧道，并取得了良好的效果。

执笔：·12·