分岔式隧道设计及施工探讨

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1、分岔式隧道设计及施工探讨（中国铁路工程总公司沪蓉西项目经理部周有江）摘要：分岔式隧道是近几年国内出现的一种新的结构形式，它由小间距隧道连拱隧道大拱隧道明洞组成，沪蓉西高速公路湖北宜昌至恩施段八字岭隧道出口便采用了此结构形式，笔者作为参战技术负责人，通过参与设计图纸会审、设计变更、施工方案交底的编制、施工管理等建设过程，对分岔式隧道的设计及施工进行总结，以期对将来的分岔式隧道的设计及施工提供一定的参考价值。考虑到篇幅之限本文重点阐述施工方案及施工工序，对施工工艺及有关细节在此不作累述。主题词：分岔式隧道设计施工1 工程概况1.1 工程设计情况八字岭隧道出口位于恩施土家族苗族自治州巴东县境内；总体

2、呈八字形，分岔式隧道全长 365m，由洞口向洞内依次由明洞、大拱段、连拱段、小间距段组成，其中明洞全长10.8m，大拱段全长58.6m，连拱段全长120.7m，小间距段全长120.7m。隧道出口分岔段左洞起止里程为ZK100+270ZK99+905，右洞起止里程为YK100+275+YK99+910；纵坡为 2.41%单向下坡；左线为直线，右线在半径为 8000m的曲线上。附分岔式隧道平面布置图1.2 工程地质情况隧道洞口洞口位于低中山斜坡位置，西临峡谷，基岩裸露，出露地层为弱风化灰岩，薄中层状，山坡自然坡度2845，山坡临空面方位270, 与路线走向一致，岩层产状 34272，岩层走向与坡面

3、斜交， 洞口岩石浅部岩溶裂隙发育， 岩体欠完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别为类，成洞条件较好。洞口段灰岩地表岩溶较发育，洞口处标高较高，地表、地下水自然排泄条件较好，洞口施工主要受大气降水形成的坡面面流沿地表岩溶渗漏过境水影响，对洞口施工影响较小。综上所述，隧道出口位于山坡斜坡位置，斜坡与路线正交，岩性为弱微风化灰岩，地表岩溶较发育，岩体较完整，围岩类别为类偏好，成洞条件较好，洞口围岩稳定。大拱段隧道洞身ZK100+259.2+ ZK100+200.6； YK100+264.2+YK100+205.6分岔段隧道上断面穿过的岩石主要为三叠系下统大治组上段，岩性特征微晶灰岩：灰色，薄中层状，

4、主要矿物成分为方解石，微晶结构，层状、块状构造，受地表水风化影响，节理岩溶裂隙发育，溶洞较发育，岩体欠完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别为类，成洞条件较好。隧道下断面岩石主要为三叠系下统大治组上段，岩性特征微晶灰岩：灰色，薄中层状，主要矿物成分为方解石，微晶结构，层状、块状构造，受地表水风化影响已较小，节理岩溶裂隙较发育，溶洞基本不发育，岩体完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别为类，成洞条件好。溶槽、溶洞侧壁有滴、渗水现象，遇雨水天气时水量变大。连拱段隧道洞身连拱段隧道洞身左右洞身基本相似，主要为三叠系下统大治组上段，岩性特征微晶灰岩：灰色，薄 中层状，主要矿物成分为方解石，微晶结构，层

5、状、块状构造，受地表水风化影响，节理岩溶裂隙发育，溶槽、夹泥众多，溶洞发育，但多为充填溶洞，岩体欠完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别多为类，成洞条件一般。溶槽、溶洞侧壁有滴、渗水现象，遇雨水天气时水量变大。小间距段隧道洞身小间距段隧道洞身左右洞身基本相似，主要为三叠系下统大治组上段，岩性特征微晶灰岩：灰色，薄 中层状，主要矿物成分为方解石，微晶结构，层状、块状构造，受地表水风化影响，节理岩溶裂隙发育，溶槽、夹泥众多，溶洞发育，有充填溶洞，也有空溶洞，岩体欠完整，呈块状砌体及块石状结构，围岩类别多为类，局部出现类围岩，成洞条件偏差。溶槽、溶洞侧壁有滴渗水现象。2 工程变更由于工程是按照变更后

6、的设计施工的， 故有必要把变更设计的情况作以阐述，分岔式隧道的变更主要有两方面，一方面是对原设计的优化变更，另一方面是由于地质条件与原设计不同引起的变更。2.1 优化设计变更大拱段二次衬砌形式优化变更大拱段二次衬砌原设计分外衬和内衬两种形式，后根据初期支护监控量测结果- 变形较小的实际情况，以及为了烘托大拱的宏伟气势、简化二次衬砌形式、保证防水质量，故申请变更设计将内衬取消。附大拱段二次衬砌结构形式变更前后对比图大拱段原设计二次衬砌结构图 10横向引水管，纵向间距5大拱段变更设计后二次衬砌结构图连拱段二次衬砌形式优化变更连拱段二次衬砌原设计为中隔墙独立与左右洞二次衬砌分开的柱拱式衬砌，为了增加

7、左右洞二次衬砌的整体性及防水的可靠性，将中隔墙改为夹心式，夹心中隔墙在左右洞开挖前施工，外壳待左右洞二次衬砌时一起施工。附连拱段二次衬砌结构形式变更前后对比图连拱段原设计二次衬砌结构图连拱段变更设计后二次衬砌结构图2.2 工程地质引起的变更连拱段初期支护由至类围岩支护类型的变更一方面由于该段围岩较设计变差，另一方面由于中隔墙形式的变更，为了保证中隔墙的安全，连拱段左右洞初期支护由原设计的锚网喷支护变更为格栅锚网喷支护。3 在变更设计的前提下优化施工3.1 大拱段施工方案开挖支护方案大拱段开挖跨度大， 没有成熟经验可以借鉴， 如何既减少工序， 又确保安全？这是摆在我们技术人员面前的技术难点之一。

8、由于大拱段位于洞口，故采用了大管棚超前支护的形式进洞，大管棚采用水平潜孔钻机成孔。在大拱段初期支护中首次采用了预应力锚杆。大拱段开挖支护方案由原设计的6 部开挖支护法根据现场实际围岩情况优化为 4 部开挖支护方案，节省工序4 部，更多地减少了工序之间的干扰，既提高了进度又有利于保证施工质量。各部之间的开挖应错开1 倍以上的洞径，并保证上断面落底时左右拱脚不能同时悬空。附原设计开挖支护与优化设计后开挖设计支护工序对比图原设计开挖支护支护工序图优化设计后开挖支护支护工序图二次衬砌方案大拱段衬砌厚度达90cm，跨度 24 米，灌注砼时荷载大，无法进行预压检验，如何确保模板、支撑体系安全可靠，又节约成

9、本？这又是摆在我们技术人员面前的技术难点之一。在大拱段开挖支护完成后进行二次衬砌，二次衬砌由洞口向洞内进行，二衬采用 48 钢管满堂红脚手架再加108 钢管径向支撑，用I25 加工定型模架，散装大钢模支模。中间用废台车骨架作行车通道，浇注砼前进行临时封闭。附大拱段二次衬砌支撑及模板图钢筋砼25模架厚90满堂红脚手架 48交叉钢管之间用扣件连接间距120127120 100纵向连接杆100*120钢模板 108钢管剪刀撑径向撑行车30对焊通道临时斜撑支撑方木垫块钢筋地锚大拱段二次衬砌支撑及模板图3.2 连拱段施工方案连拱段截面变化频繁（ 5 种断面），左、右洞之间施工干扰大，如何合理衔接各个工序

10、，如何有效解决中隔墙顶部渗漏水的质量通病？这是摆在我们技术人员面前的技术难点之一。连拱段开挖支护方案连拱段开挖支护在原设计的基础上进行了优化施工，原设计是中导坑先行，在中隔墙及其中一洞二次衬砌施工完成后，才进行另一洞的开挖支护。优化施工是采用中导坑先行，中隔墙衬砌完成后，未进行一洞的二次衬砌便进行左右洞开挖支护错进的方式，错进间距为2 倍以上洞径。这样更有利于工序转换和对先行的二次衬砌保护（至于因爆破对二次衬砌造成影响，同时对隧道防水更有利）。中导坑及左右洞均采用全断面开挖方式，人工利用多功能台架钻孔爆破开挖，锚网潮喷砼支护。连拱段二次衬砌方案连拱段中隔墙二次衬砌由原设计的整体式后变更为分层式

11、，内层衬砌同原设计中隔墙，外层衬砌同左右洞衬砌合在一起，类似于分离式隧道的单洞衬砌，采用 12m长模板支模，泵送 C25S8防水砼。附连拱段原设计与优化设计后施工工序对比图连拱段原设计施工工序图连拱段优化设计施工工序图3.3 小间距段施工方案开挖支护方案小间距段开挖支护方案同样采用全断面开挖方式，人工利用多功能台架钻孔爆破开挖，锚网潮喷砼支护。同正常的分离式隧道在支护方式不同之处是首次在国内隧道施工采用了预应力钢筋这一新工法，在左右洞隧道之间的较薄的岩体上施工对拉预应力钢筋，以增加中间岩柱的受力。二次衬砌方案小间距段二次衬砌方案同正常的分离式隧道衬砌方式，采用 12m长模板支模，泵送 C25S

12、8防水砼。4 监控量测在分岔式隧道施工中的指导作用4.1 分岔隧道监控量测目标为确保分岔式隧道的顺利完工和长期安全运行，根据新奥法基本原理，必须对隧道的围岩和结构的变形、受力特征进行必要的监测、分析工作，进而指导现场安全合理地施工，并对原有设计提出修改和优化。其中隧道分岔段是全局工作中的难点、重点、核心部分，相应的分岔段现场监控量测也显得格外有意义。本项目部对该分岔段隧道进行现场监控量测目的，首先直接服务于设计和现场施工，进一步，为分岔式隧道数值模拟，正、反分析，物理模型实验等提供第一手参考资料。该段监测工作重点为四车道大拱隧道、连拱中隔墙、小净距隧道及各段围岩支护结构参数。4.2 分岔隧道监

13、控量测实施计划简介分岔式隧道现场监控量测主要内容如下：1) 隧道表面收敛位移，拱顶、地表沉降、底板隆起量测2) 多点位移计监测3) 围岩与混凝土之间压力测量4) 围岩声波测试5) 钢拱架应力量测6) 衬砌结构应力和锚杆应力测试在分岔隧道 365 米范围内，布置17 个监测断面。4.3 监控量测现场实测结果通过分岔段隧道进行现场监控量测，对实测数据进行分析，可以得到以下一些基本结论：分岔段围岩累积收敛位移、拱顶沉降值、地表沉降值均较小。( 约为 2 3mm)锚杆受力、钢拱架受力与围岩变形、支护结构、施工过程等紧密相关。（实测钢拱架应力为 40 80Mpa，锚杆应力 2060Mpa）超声波测试可以

14、较好地反映围岩损伤、松动区域。（实测大拱围岩松动0.20.4m）隧道工程中，多种监控测量手段综合运用，效果良好，值得推广。比较分析各种结果，可知分岔式隧道设计、施工合理，围岩稳定性良好。5 结束语5.1 成功之处分岔式隧道的设计与施工是成功的，通过对设计进行优化变更和优化施工，以及施工方面积极的和科学的尝试，必然会对未来的分岔式隧道的设计与施工提供了很好的资料和数据。例如对连拱段中隔墙二次衬砌采用分层衬砌方法的优化，有效地解决了中隔墙渗漏水质量通病。后与设计沟通过程中得知，这种方法已在其他连拱式隧道设计中广泛运用。5.2 两点建议分岔式隧道是为地形条件、线路受到限制的情况下专门设计的，它特别适

15、应于长大隧道紧邻特大桥的情况，并不代表所有的桥隧相接时均宜采用此种形式，因为从成本节约的角度，分岔式隧道并不是经济的，必竞隧道跨度越大对应的支护参数越强，风险也越大，技术含量越高，所以投资越高。从监测数据和经验来看，大拱段设计的预应力锚杆并不适宜，一是大拱段的量测结果显示大拱段初期支护变形很小，说明初期支护是稳定和安全的，另一方面从隧道新奥法法则“早封闭”原则，由于预应力锚杆的张拉时间过长，不利于隧道围岩暴露后的稳定，操作人员也暴露在围岩下并不安全。建议可以用锚固剂药卷锚杆或中空注浆锚杆代替。作者介绍：周有江，男， 1972 年 9 月 30 日生，工程师，电话；地址：湖北省宜昌市长阳县榔坪镇

16、八字岭村中铁工总沪蓉西项目经理部子邮箱邮编： 443522：或。本页下面内容为赠送的可以自由编辑删除【最新资料Word 版可自由编辑！】1Z101000 工程经济1Z101010 资金时间价值的计算及应用P111利息的计算P112. 资金等值计算及应用P513. 名义利率于有效利率的计算P111Z101020 技术方案经济效果评价P1421经济效果评价的内容P1422. 经济效果评价指标体系P1823. 投资收益率分析P1924. 投资回收期分析P2225. 财务净现值分析P2426. 财务内部收益率分析P2527. 基准收益率的确定P2628. 偿债能力分析 P281Z101030 技术方案

17、不确定分析P3131不确定性分析P3132盈亏平衡分析P3333敏感性分析P381Z101040 技术方案现金流量表的编制P4141技术方案现金流量表P4242技术方案现金流量表的构成要素P451Z101050 设备更新分析P5351设备磨损与补偿P5352设备更新方案的比选P5553设备更新方案的比选方法P561Z101060 设备租赁与购买方案的比选分析P6161设备租赁与购买的影响因素P6162设备租赁与购买的比选分析P621Z101070 价值工程在工程建设中的应用P6671提高价值的途径P6772价值工程在工程建设应用中的实施步骤P711Z101080 新技术、新工艺和新材料应用方案

18、的技术经济分析P7881新技术、新工艺和新材料应用方案的选择原则P7982新技术、新工艺和新材料应用方案的技术分析P7983新技术、新工艺和新材料应用方案的经济分析P801Z102000 工程财务1Z102010 财务会计基础P8411财务会计的职能P8412会计核算的原则P8513会计核算的基本前提P8614会计要素的组成和会计等式的应用P881Z102020 成本与费用P9121费用与成本的关系P9122. 工程成本的确认和计算方法P9323. 工程成本的核算P9924. 期间费用的核算P1051Z102030 收入P10631收入的分类及确认P10632. 建造（施工）合同收入的核算P1

19、091Z102040 利润和所得税费用P11441利润的计算P11442所得税费用的确认P1171Z102050 企业财务报表P12351财务报表的构成P12352资产负债表的内容和作用P12453利润表的内容和作用P12754现金流量表的内容和作用P12855财务报表附注的内容和作用P1321Z102060财务分析P13361财务分析方法P13362基本财务比率的计算和分析P1351Z102070筹资管理P13971资金成本的作用及其计算P13972短期筹资的特点及和方式P14173长期筹资的特点及和方式P1451Z102080流动资产财务管理P14881现金和有价证券的财务管理P14882

20、应收账款的财务管理P15083存货的财务管理P1511Z103000 建设工程估价1Z103010 建设工程项目总投资P15311建设工程项目总投资的组成P15312. 设备及工器具购置费的组成P15513. 工程建设其他费的组成P1581Z103020 建筑安装工程费用项目的组成与计算P16521按费用构成要素划分的建筑安装工程费用项目组成P16522按造价形式划分的建筑安装工程费用项目组成P16823建筑安装工程费用计算方法P17024建筑安装工程计价程序P1741Z103030 建设工程定额P17731建设工程定额的分类P17732人工定额的编制P17933材料消耗定额的编制P18234

21、施工机械台班使用定额的编制P18435施工定额和企业定额的编制P18736预算定额与单位估价表的编制P18937概算定额与预算指标的编制P1931Z103040 建设工程项目设计概算P19741设计概算的内容和作用P19742设计概算的编制依据、程序和步骤P19843设计概算的编制方法P20044设计概算的审查内容P2081Z103050 建设工程项目施工图预算P21151施工图预算编制的模式P21152施工图预算的作用P21253施工图预算的编制依据P21354施工图预算的编制方法P21355施工图预算的审查内容P2191Z103060 工程量清单编制P22061工程量清单的作用P22062

22、工程量清单编制的方法P2221Z103070 工程量清单计价P22771工程量清单计价的方法P22772招标控制价的编制方法P23473投标报价控的编制方法P23874合同价款的约定P2441Z103080 计量与支付P24781工程计量P24782合同价款调整P25083工程变更价款的确定P26184施工索赔与现场签证P26485合同价款期中支付P27386竣工结算与支付P28087合同解除的价款结算与支付P2881Z103090 国际工程投标报价P28791国际工程投标报价的程序P28792国际工程投标报价的组成P29393单价分析和标价汇总的方法P29994单价分析和标价汇总的方法P29995国际工程投标报价的技巧P30296国际工程投标报价决策的影响因素P305