连拱隧道中墙的选择与施工

连拱隧道中隔墙的选择与施工

摘要：本文分析、比较了三种连拱隧道中墙的优缺点,并介绍了一些中墙的施工经验。

关键词：连拱隧道中墙选择施工

连拱隧道上、下行线通过中隔墙分开，与传统的隧道形式相比，隧道洞口需要的过渡段短，节约土地，同时又既有外型美观的特点，因此在城市交通及高速公路建设中被广泛采用。

1 中墙主要的结构形式

连拱隧道中隔墙先行施工，支撑拱顶，将开挖断面分割，达到减跨的目的。中墙在主洞施工时受到各方向反复的作用力，并支撑作用在拱部上的荷载，受力十复杂，是连拱隧道最重要的结构体，中墙设计、施工的质量好坏，直接关系到整座隧道的成败。

从目前建成的隧道及各种研究的情况看，连拱隧道中隔墙主要以下三种结构形式，如图1、2、3所示。

图1 图2 图3

2 方案的比较

第一种形式在2000年以前曾被广泛采用，实践证明此种中隔墙的弊病较多，存在先天不足，现在已经基本不采用，主要存在以下的弊病：

⑴中墙与左右洞二衬分三次施工，施工缝不易完全对齐，造成错缝，受力不均，容易造成中墙纵横向开裂。

⑵排水系统设计不合理，防水板在拱部接头，作业空间小，很难保证焊接质量，排水管容易被堵塞，造成中墙接头部位渗水。

⑶排水系统设在中墙顶，拱顶回填混凝土浇筑在碎碎石层上（一般50cm厚），基础不稳，难于达到支撑的作用，同时混凝土也易堵塞盲沟。

⑷接头部位弧形难对应，造成错缝漏浆，建成的隧道多需要装修，影响混凝土外观。

⑸中墙作为永久结构，受力大，易下沉开裂，病害较多。

⑹对于需要爆破的石质围岩增加中墙保护费用，而且一般保护不好，需要二次装修。

⑺主洞的初期支护（钢支撑）没有支撑点，只能支撑在回填混凝土上，受力结构不合理。

后两种形式是在第一种形式上发展而来的，吸取了单洞隧道的施工经验，在技术上有很大的改进，目前应用较广。

第二种方案比第一种方案有很大的改进，排水系统设计更加合理，中隔墙作为临时支护结构，没有外观要求，减少了投入。但此种结构仍然有自身的缺点，主要表现在：

⑴中隔墙分基础和墙身施工，工序较多。

⑵中隔墙基础需与正洞二衬连接，宽度较宽，要求中导洞开挖较宽，同时基础模板、倒角模板不容易拆除，浪费严重。

⑶在软弱围岩段，主洞钢筋预埋在中隔墙基础中，中隔墙模板必须打孔，拆除困难；同时由于接头钢筋伸出外漏，阻挡墙身模板平移。

⑷中隔墙纵向排水管位置设置在基础上，容易渗水，同时在中隔墙基础上必须设纵向水沟，结构较复杂。

⑸主洞二衬钢筋在施工中隔隔墙时就已经预埋，如果主洞围岩有所变化，没有调整的余地。

⑹主洞通过中墙基础连成整体，相互影响，容易造成混凝土环向开裂。

第三种形式与前两种形式最大的改进在于，中隔墙与主洞完全分离，仅仅作为临时支护在主洞开挖时受力，正洞施工、受力有如单线隧道。主要有以下几种优点：

⑴结构更加简明，施工相当方便。

⑵排水系统完善，不会洞内渗水现象。

⑶主洞二衬与中隔墙完全分开，主洞与中导洞之间、主洞与主洞之间可以采用不同衬砌方案，灵活多变，设计可以更加接近实际，节省投资。

⑷在相同的基础宽度下，对中导洞的宽度要求小。

3 中墙受力分析

对第三种方案，目前有一种认识，认为此种形式基础较窄，对中墙抗倾覆能力可能有影响，目前采用较少。汾柳高速公路离石段设计有一条连拱隧道，围岩为新老黄土，按Ⅱ类围岩设计，同时受浅埋偏压影响，是我国在建的第一条黄土连拱隧道，被交通部列位科研项目。中隔墙原来按第一方案设计，进场后根据我们的施工经验，经设计同意，将中墙变更为第三种方案，中墙基础宽2.8m,墙身最窄处1.8m。经过对施工过程的中墙受力模拟及现场监测，这种方案是可行的，并在以后的设计中进行了推广。

3.1计算模型

计算采用美国ANSYS公司的大型有限元计算软件ANSYS，采用平面应变弹塑性数值模拟，以计算隧道结构与地层在开挖过程中发生的非线性变形特性。围岩(黄土)采用6节点三角形单元PLANE2模拟，初次支护喷射的25cm混凝土采用梁单元模拟，其厚度在实常数中输入，二次衬砌结构采用三角形平面单元PLANE2模拟，中隔墙采用三角形平面单元PLANE2模拟，锚杆单元采用梁单元beam3模拟。

3.2施工工序

3.2

3.2.1中墙随开挖进程的变形

开挖过程中中墙的竖向位移如图5所示，从计算结果中可以看出：①由于偏压的存在，中墙的沉降是不一致的，左侧大于右侧，其具体值如表2所示；②对于左侧来说，施工步序的4和5引起的沉降较大，相反地，第3和6步对右侧的影响较大；③在中墙底部左侧出现了向上的位移。

第3步中墙竖向位移图第4步中墙竖向位移图

第5步中墙竖向位移图第6步中墙竖向位移图

图5 中墙竖向位移图

Fig.5 Vertical displacement of mid-partition

水平方向的位移如图6所示。从计算结果中不难看出：①右侧水平位移比左侧的大；②中墙底部的水平位移比顶部的大；③时步4和5引起的水平位移相对较大；④中墙整体被压缩，但其幅度不大，底部缩小0.05mm，上部收缩0.01mm。

第3步中墙水平位移图第4步中墙水平位移图

第5步中墙水平位移图第6步中墙水平位移图

图6中墙水平位移图

Fig.6 Horizontal displacement of mid-partition

3.2.2中墙开挖进程的应力变化情况

图7给出了开挖过程中中墙的应力，对计算结果分析知道：①最终中墙顶的应力比中墙底的大，且都为压应力；②在开挖过程中，中墙中部的右侧出现了拉应力，但都不大，并没有超过混凝土的抗拉强度；③时步4对中墙左侧的影响较大，如中墙左上角点，在进行第4步时，其竖向应力从0.05MPa变成了-3.49MPa，其变化值是3.54MPa；而时步6对右侧的影响较大；④最大压应力出现在中墙顶部，左右洞初期支护在中墙的支撑部位。

第3步中墙竖向应力图第4步中墙竖向应力图

第5步中墙竖向应力图第6步中墙竖向应力图

图7中墙竖向应力图

Fig.7 Vertical stress of mid-partition

计算分析表明，一侧主洞开挖完毕，另一侧主洞未开挖时，中隔墙受力最不利，这种不对称开挖，使中隔墙受力不平衡，位移与塑性区最大，但变性与应力绝对值均不大，隧道的中墙都是安全的。施工中我们一直对中墙进行了监测，数据显示，在单侧主洞开挖时，中墙受偏压影响，两侧基础沉降有一定的差异，但是差异不大，两侧沉降差不大于5mm，基本与计算结果吻合。

4 中隔墙施工

对于连拱隧道中墙衬砌方案，通过几条连拱隧道的施工，笔者向大家推荐一种比较合理的方案，希望对大家有所帮助。由于第一种方案逐渐被淘汰，这里就不再叙述，主要针对后两种方案进行说明。

由于中隔墙与二衬分开，混凝土没有外观要求，对模板的要求不高，主要应该考虑施工方便，节约成本，在这里向大家介绍一种简易的自制台车。

台车面板采用100×20cm的小钢模拼装，保证曲线弧度，同时接缝也比较小，不会漏浆。背带采用工地现有的材料工字钢（或槽钢）加工，间距50cm，纵向通过工字钢（钢管）连接成整体，面板采用铁丝绑扎在工字钢背带上，形成一块整体的模板。模板行走机构放弃轮式结构，采用滑动，竖向背带下端通过一条槽钢连接成整体，槽钢大面朝下，铺在中墙基础（垫层）上，在前方采用倒链迁引，即可实现模板平移，为减少摩擦，可在混凝土面上铺上一层细砂。

此种方案通过几个工地的检验，加工材料根据现场情况加工，节约了材料，中隔墙施工完以后，材料又可利用在主洞初期支护中，节约成本。同时由于工地材料较多，可以根据进度要求，增加模板，大大加快了进度。

5结束语

连拱隧道在我国已经应用超过十年时间，通过不断的积累经验，方案日趋合理，但是由于在这方面的研究仍然比较少，没有一个统一的标准，施工设计往往各行一套。笔者通过对三种中隔墙的比较，并结合自己施工的经验，认为按第三种方案设计施工更加合理，应该推广。同时对平时的积累的施工方面的经验进行了介绍，希望对大家有所帮助。

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