談隧道轉(zhuǎn)彎段施工方法

張大牛

(中鐵十二局第二工程有限公司，山西太原　030032)

談隧道轉(zhuǎn)彎段施工方法

張大牛

(中鐵十二局第二工程有限公司，山西太原030032)

摘要:介紹了隧道的轉(zhuǎn)彎形式，從主洞形式、支洞、斜井形式、開口導(dǎo)洞形式等方面，闡述了隧道轉(zhuǎn)彎處常用的施工方法，并提出了隧道轉(zhuǎn)彎處施工安全注意事項及質(zhì)量保證措施，為隧道轉(zhuǎn)彎處施工提供了思路。

關(guān)鍵詞:隧道轉(zhuǎn)彎處，主洞，支洞，斜井，開口導(dǎo)洞

1　概述

隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施的投資建設(shè)，鐵路、公路、水利等工程建設(shè)中，隧道施工項目逐漸增多，隧道長度不斷增加，工期逐漸縮短，導(dǎo)致各建設(shè)單位，為加快工程進度，不得不增加支洞、斜井等施工隧道的數(shù)量，為主洞施工創(chuàng)造更多作業(yè)面。由于部分隧道埋深大，前期的地質(zhì)勘查不充分，施工段劃分施工任務(wù)時，對支洞、斜井與主洞轉(zhuǎn)彎銜接處地質(zhì)條件掌握不充分，待支洞、斜井等施工隧道施工至主洞位置，發(fā)現(xiàn)支洞、斜井與主洞轉(zhuǎn)彎銜接處地質(zhì)條件差，圍巖自穩(wěn)能力差，部分隧道該處圍巖基本達到Ⅴ級。為保證后期機械設(shè)備的順利通行，會車等轉(zhuǎn)彎銜接處斷面必須施工的較大，從而增加了隧道施工安全風險。常用，不在公路、鐵路及水利等工程施工應(yīng)用，在以后的銜接處施工中不進行描述。

2　隧道轉(zhuǎn)彎形式

支洞、斜井與主洞銜接處轉(zhuǎn)彎形式主要有平面正交轉(zhuǎn)彎、平面斜交轉(zhuǎn)彎，上下貫通轉(zhuǎn)彎等三種形式，分別如圖1所示。

支洞、斜井與主洞銜接處上下貫通轉(zhuǎn)彎多在礦山巷道施工中

圖1　隧道轉(zhuǎn)彎形式

平面正交轉(zhuǎn)彎和平面斜交轉(zhuǎn)彎在鐵路、公路、水利等工程施工中應(yīng)用較多，其有利于隧道掘進出渣、運料車輛的順利通行。支洞、斜井與主洞的平面貫通，導(dǎo)致了主洞在轉(zhuǎn)彎銜接處結(jié)構(gòu)三面凌空，不利于隧道結(jié)構(gòu)安全。特別是在不良地質(zhì)條件下，轉(zhuǎn)彎處施工方法不當，極易造成塌方事故，不僅會造成經(jīng)濟損失、影響工期，更會導(dǎo)致傷亡事故，對企業(yè)、社會等產(chǎn)生不良影響，是任何人都不能接受的。

3　隧道轉(zhuǎn)彎處常用的施工方法

3.1轉(zhuǎn)彎銜接處主洞形式施工

轉(zhuǎn)彎銜接處主洞形式施工，即在支洞、斜井開挖支護至主洞臨近支洞、斜井一側(cè)后，停止支洞、斜井支洞開挖支護，按照主洞橫向開挖方式進行開挖，開挖至隧道全寬后，按照主洞初期支護形式，安裝型鋼拱架，拱架臨近支洞、斜井一側(cè)拱腿架在支洞，或斜井型鋼拱架拱背上，或在支洞、斜井端頭處、主洞邊墻位置設(shè)置橫梁，將主洞一側(cè)拱腳搭在橫梁上。一般情況由于圍巖較好，均不進行支護。施工方法如圖2～圖5所示。

圖2　銜接處主洞形式施工

圖3　支洞、斜井與主洞同高

圖4　支洞、斜井高度低于主洞高度

圖5　支洞、斜井高度高于主洞高度

該方法適用條件:首先對轉(zhuǎn)彎銜接處地質(zhì)條件要求高，對主洞隧道跨度小于5 m時，圍巖等級不應(yīng)大于Ⅲ級，對主洞隧道跨度大于5 m時，圍巖等級不大于Ⅱ級。圍巖開挖后，圍巖的自穩(wěn)性好，能夠保證在銜接段主洞全寬開挖完成后再進行支護。其次，支護后，圍巖來壓后，壓力小，不影響結(jié)構(gòu)安全。在將拱腿置于支洞、斜井拱背上或置于設(shè)置的橫梁上時，必須對支洞、斜井拱架或增設(shè)的橫梁進行受力驗算，一般可按照簡支梁受力計算。最后，支洞、斜井轉(zhuǎn)彎銜接處可及時施工二次襯砌，增加對主洞拱腳的支撐力。支洞、斜井高度與主洞高度關(guān)系不大，在施工中可任意變化。

優(yōu)點:轉(zhuǎn)彎銜接處超挖量小，開挖施工進度快。

缺點:裸挖段較長，安全風險高。在進行銜接處轉(zhuǎn)彎段主洞拱架安裝時，難度較大，需要根據(jù)現(xiàn)場量取拱架長度，現(xiàn)場切割，進度較慢。

3.2轉(zhuǎn)彎銜接處支洞、斜井形式施工

轉(zhuǎn)彎銜接處支洞、斜井形式施工，在施工至主洞位置前，對支洞、斜井等進行挑頂加高，確保支洞、斜井等邊墻高度高于主洞高度，按照加高后斷面進行開挖支護施工，穿過主洞全寬后，封閉支洞、斜井掌子面。然后在加高后的支洞、斜井兩側(cè)邊墻上測量放樣，畫出主洞開挖輪廓線，沿開挖輪廓線設(shè)置超前導(dǎo)管，將加高厚度支洞、斜井拱架之間焊接在超前導(dǎo)管上，確保導(dǎo)管能直接懸掛住支洞、斜井拱架。再緊貼加寬后支洞、斜井邊墻，布置主洞拱架，此處主洞拱架應(yīng)進行抗彎計算，亦可按照簡支梁技術(shù)方法進行驗收，驗算合格后，選用符合要求的材料制作的拱架進行安裝，將該拱架與支洞、斜井邊墻拱架之間焊接牢固后，再進行噴錨支護，待混凝土強度達到設(shè)計強度70%后，拆除支洞、斜井邊墻拱架，進行主洞開挖，按照該方法進行施工，主洞兩端不得同時施工，應(yīng)錯開10 d時間，給圍巖預(yù)留一段沉降穩(wěn)定時間。施工方法如圖6，圖7所示。

圖6　銜接處支洞、斜井形式施工

圖7　銜接處支洞、斜井形式施工步序（D—D剖面圖）

該方法適用條件:適用于地質(zhì)條件較差，圍沿有自承能力，但自承能力較差的圍巖，開挖后，圍巖有一定的自穩(wěn)期，但自穩(wěn)時間較短的，該段時間足夠進行初期支護的圍巖。對主洞隧道跨度小于5 m時，圍巖等級應(yīng)為Ⅳ級和Ⅴ級較好圍巖，對主洞隧道跨度大于5 m時，圍巖等級應(yīng)為Ⅲ級和Ⅳ級圍巖。另外，轉(zhuǎn)彎處支洞、斜井高度必須高于主洞高度。

優(yōu)點:作業(yè)人員一直處于初期支護下進行作業(yè)，安全條件較好。

缺點:前期開挖超挖量大，在進行襯砌施工時，回填量同樣大。施工過程中，需對支洞、斜井邊墻進行拆除。浪費較大。在圍巖極差時，支洞、斜井加高后施工，安全風險較高，不安全。

3.3轉(zhuǎn)彎銜接處開口導(dǎo)洞形式施工

轉(zhuǎn)彎銜接處開口導(dǎo)洞形式施工，一般采用開口導(dǎo)洞形式施工，隧道轉(zhuǎn)彎銜接處地質(zhì)圍巖極差，多為砂卵石地層、松軟的回填土、破損帶等位置，不宜進行大斷面開挖的圍巖。其做法為:在支洞、斜井等開挖至主洞邊墻前一定位置后，停止支洞、斜井施工，進行開口導(dǎo)洞施工。開口導(dǎo)洞中心線與主洞中線垂直，高度應(yīng)保證開口導(dǎo)洞起拱線與主洞開挖拱頂持平，長度為主洞寬度加主洞初期支護厚度。開口導(dǎo)洞斷面不宜過大，能滿足出渣、開挖作業(yè)即可，一般建議斷面寬度為2.0 m～3.0 m。若斷面過大，后期回填量大，不經(jīng)濟。圍巖極差時，也不利于隧道安全作業(yè)。開口導(dǎo)洞根據(jù)地質(zhì)條件，選擇是否進行成環(huán)形支撐。

開口導(dǎo)洞施工完成后，施作開口暗梁，開口暗梁一般采用工字鋼加固而成，暗梁兩側(cè)設(shè)置墩柱，確保暗梁基礎(chǔ)牢固。暗梁施工前應(yīng)對暗梁進行受力驗算，可按照簡支梁計算方式驗算。并預(yù)留1.5倍以上的安全系數(shù)。

測量放樣，在開口導(dǎo)洞兩側(cè)邊墻上畫出主洞開挖輪廓線，沿開挖輪廓線外5 cm～10 cm施作超前導(dǎo)管，由于受開口導(dǎo)洞寬度限制，超前導(dǎo)管長度應(yīng)與開口導(dǎo)洞寬度相同。超前導(dǎo)管安裝完畢后，導(dǎo)管注漿，對主洞開挖范圍拱部進行超前注漿支護。

注漿支護施工完成后，對開口導(dǎo)洞范圍內(nèi)架設(shè)主洞鋼拱架，拱架懸空一端搭在開口暗梁上，另一端按照正常做法施工，完成拱架安裝后，對開口導(dǎo)洞段主洞拱架進行噴混凝土支護，并對主洞拱架以上、開口導(dǎo)洞空腔進行回填，確保填充密實。確保主洞拱架能夠承受開口導(dǎo)洞起拱線以上結(jié)構(gòu)及外部圍巖產(chǎn)生的壓力，為拆除開口導(dǎo)洞兩側(cè)邊墻做好準備。

拆除開口導(dǎo)洞邊墻，開口導(dǎo)洞邊墻不得兩側(cè)同時開挖，必須等一側(cè)施工完成一段時間后，再拆除另一側(cè)邊墻，以減緩沉降速度，防止地層突然來壓，對主洞拱架造成沖擊荷載。一般做法為主洞一端開挖掘進超過30 m以后，再拆除另一側(cè)邊墻，施作另一端主洞。主洞拱架在支洞、斜井開口范圍內(nèi)，拱架一側(cè)搭設(shè)在開口暗梁上，一側(cè)正常施工，施工超出支洞、斜井開口范圍后，按照主洞斷面形式進行拱架安裝、噴混凝土支護。為保證結(jié)構(gòu)安全，主洞在支洞、斜井上下游各15 m范圍內(nèi)拱架加密，以提高支撐能力，確保結(jié)構(gòu)安全。超出該范圍后，按照主洞支護參數(shù)進行施工。施工方法如圖8～圖10所示。

圖8　開口導(dǎo)洞平面圖

圖9　開口導(dǎo)洞（B—B）斷面圖

適用條件:適用于圍巖差、極差時，主要針對Ⅴ級、Ⅵ級圍巖進行轉(zhuǎn)彎處施工，隧道開挖前圍巖必須進行超前支護，開挖后，必須立即進行初期支護的圍巖，特別適用于大斷面隧道轉(zhuǎn)彎處施工。該方法也主要用于城市地鐵隧道施工中。另外開口導(dǎo)洞高度必須高于主洞高度。

優(yōu)點:超挖量小，后期的回填數(shù)量小，經(jīng)濟性好;開挖、支護等作業(yè)全部在隧道初期支護、超前支護下，即使隧道圍巖極差，也能確保作業(yè)人員安全，安全性好;施工過程中，通過開口導(dǎo)洞的施工，減少了每次開挖量，有利于圍巖自穩(wěn)，施工風險小。

圖10　開口導(dǎo)洞施工步序（A—A剖面圖）

缺點:開口導(dǎo)洞施工，造成了一定的材料浪費;由于采用小斷面施工，大型的機械設(shè)備利用的較少，花費的人工較多;每次開挖量小，進度慢。

4　隧道轉(zhuǎn)彎處施工安全注意事項

隧道在轉(zhuǎn)彎處選擇哪種銜接形式，主要由圍巖性質(zhì)決定，在施工中，可參照三種銜接方式的適用條件，選擇既經(jīng)濟、快捷又安全的施工方法。因此，對銜接處圍巖類型判別是關(guān)系到隧洞施工安全至關(guān)重要的內(nèi)容，必須堅持兩部分級的方式，對圍巖類別進行分類，第一步根據(jù)圍巖堅硬程度和巖體完整性，對隧道圍巖初步分級。第二步，在對巖石詳細定級時，應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級的基礎(chǔ)上考慮修正因素(巖石中是否含有水;圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面的影響，且由一組起控制作用;巖石中存在高初始應(yīng)力)的影響，修正巖體基本質(zhì)量指標，按修正后的巖體基本質(zhì)量指標BQ，結(jié)合巖體的定性特征綜合評判、確定圍巖的詳細分級。

5　隧道轉(zhuǎn)彎處質(zhì)量保證措施

隧道在轉(zhuǎn)彎處施工時，由于洞體增加了凌空面，造成巖體應(yīng)力分布不均，局部超壓，洞體的沉降量大等，極易造成隧道塌方事故，為此，在隧道轉(zhuǎn)彎銜接處施工時，初期支護質(zhì)量控制尤為重要。初期支護質(zhì)量控制首先是對型鋼拱架的施工質(zhì)量控制，通過預(yù)測隧道初期支護可能承受的荷載，選用適當?shù)男弯摷庸す凹埽_定合理、安全的施工步距，確保型鋼拱架對巖體壓力局部足夠的承載力。其次是噴射混凝土質(zhì)量控制，噴射混凝土的質(zhì)量包括混凝土強度、噴射層厚度等。還有系統(tǒng)錨桿，通過錨桿布設(shè)，增加圍巖的自承能力，減少初期支護承受的地層壓力，確保施工質(zhì)量符合要求，隧道結(jié)構(gòu)安全。

6　總結(jié)

隧道轉(zhuǎn)彎處施工，是隧道施工中的難點和安全控制的重點。三種隧道施工方案主要是針對礦山法、新奧法、掘進機法以及淺埋暗挖法等隧道施工工法在轉(zhuǎn)彎處銜接的施工方案，在轉(zhuǎn)彎處圍巖級別的判定時，如果再采納新意法的思路，對轉(zhuǎn)彎銜接處圍巖穩(wěn)定程度進行判定，采用超前導(dǎo)管等措施對圍巖進行預(yù)加固，再結(jié)合相應(yīng)的施工方案，必將能改善作業(yè)環(huán)境、降低施工難度、控制安全風險、加快施工進度，獲得良好的收益。

通過上述三種方案的敘述，為隧道轉(zhuǎn)彎處施工提高了基本的施工思路，各方案均有優(yōu)缺點，在施工中，必須根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，合理選擇相適宜的施工方案，確保施工安全有序進行。

7　結(jié)語

隧道在轉(zhuǎn)彎處施工過程中，由于隧道斷面形式的變化、凌空面的增加，發(fā)生的事故較多，通過嚴謹判定圍巖類別，正確選擇隧道在轉(zhuǎn)彎銜接處施工方案，在保證隧道結(jié)構(gòu)安全、人員安全的前提下，縮短施工作業(yè)時間，減少拆除和回填量，以取得較高的經(jīng)濟效益。

Discussion on construction methods of tunnel turning section

Zhang Daniu
( China Railway 12th Bureau 2nd Engineering Co.，Ltd，Taiyuan 030032，China)

Abstract:With an introduction of tunnel turning forms，starting from aspects of major cave form，branch cave，inclined shaft form and elaborated opening forms，the article describes common construction methods at tunnel turning section，and puts forward tunnel turning section construction safety matters and quality guarantee measures，which has provided some ideas for tunnel turning section construction.

Key words:tunnel turning corner，major cave，branch cave，inclined shaft，elaborated opening

作者簡介:張大牛(1979-)，男，工程師

收稿日期:2015-11-29

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0186-04

中圖分類號:U455

文獻標識碼:A