雙連拱隧道施工技術.ppt

1,雙連拱隧道施工技術,2,雙 連 拱 隧 道 形 式,正在建設中的銅陵黃山的汪王嶺隧道,3,主要內容,1 引言 2 開挖方案 3 中導洞的設置與施工 4 各部分之間的施工順序 5 中隔墻的穩(wěn)定性 6 洞口施工 7 建議與結論,4,近幾年快速發(fā)展的公路、鐵路工程中，雙連拱形式的隧道越來越多，尤其在丘陵山區(qū)中更為常見，如： 廣環(huán)公路白云隧道 廣鄰公路馮家埡口隧道 滬蓉公路金竹林隧道 寧波329國道于家?guī)X隧道 銅湯高速公路汪王嶺隧道、焦家山隧道 沿江高速公路大尖山隧道等 我國起步較晚，尚有很多施工工藝技術問題不夠成熟，甚至存在著爭議，如： 開挖方案的確定 中導洞的設置 各部分的施工順序 中隔墻的穩(wěn)定性保護等,1 引言,5,特點： 平面線路流暢、占地面積少、便于運營管理。 斷面比較大，整體跨度大（2030m）、結構復雜 長度比較短（大多在600m以內） 施工工序多、施工難度大、效率低 造價高 開挖方案既定性中導洞施工法，廣泛采用,6,2 雙連拱隧道的開挖方案,首先在中隔墻位置開鑿中導洞，并進行臨時支護，待中導洞貫通后，再開挖兩側正洞。正洞開挖視圍巖穩(wěn)定性狀況可采用全斷面施工法或兩側導坑開挖法或者臺階法等。,（1）正洞全斷面施工方案 在中導洞貫通后利用鑿巖臺架鉆眼，全斷面一次爆破開挖兩側正洞，并進行初次支護。該法適用于比較穩(wěn)定的、類圍巖,中導洞施工法,7,8,（2）正洞臺階施工方案 正洞開挖采用正臺階分層開挖，先拱后墻進行初次支護。分層數一般為23個。 考慮到正洞支護與中隔墻的連接施工，頂層臺階的底板應低于中隔墻頂面。,（3）雙側導洞施工方案 又稱“三導洞法”。即在兩個正洞的外側各開一個導洞，導洞超前正洞一定深度或整個不良圍巖。側導洞按初次支護設計施工。導洞的尺寸以裝渣、運渣方便為度。視圍巖穩(wěn)定性狀況，導洞也可全斷面開挖或短臺階開挖。使用最為廣泛。但由于多次開挖對圍巖的擾動大，次數多。,9,側 導 洞 施 工,10,（4）正洞臺階兩側導洞施工方案 該法是上述臺階法和兩側導洞法的組合方案，即在兩側導洞基礎上，正洞剩余部分再采用臺階法，先進行拱部支撐，再開挖下部。該法適用于圍巖穩(wěn)定性較差的隧道。,11,3 中導洞的設置與施工,（1）中導洞的位置 根據與中隔墻的位置關系，中導洞位置有: 對稱布置:中導洞的垂直中線與中隔墻的中線重合。 缺點是當中隔墻澆筑好后，兩側的通道寬度比較狹窄，影響前方施工。 非對稱布置: 二者的中線相錯一定距離。 兩側通道寬度不同，較寬的一側作為施工通道，通行比較便利；較窄的一側作回填用，可減少回填工作量。 中導洞高度相同情況下，非對稱式有利于降低中隔墻位置的頂板高度，減少無效開挖量和污工充填量。因此認為，一般情況下采用非對稱布置比較有利。,12,（2）中導洞頂板巖層穩(wěn)定性的保護 中導洞最先施工，頂板巖石將受到中導洞及左右正洞開挖的多次爆破擾動，中導洞頂板的穩(wěn)定是一個關鍵。施工的基本要求： 搞好光面爆破，少裝藥，淺孔爆破，減少初次炮震的影響，減少圍巖松動范圍 適當加強頂板支護，保證支護質量 施工正洞時要及時做好中隔墻的接頂 （3）中導洞的寬度與高度 寬度應根據中隔墻的寬度并考慮掘進出渣、通行及回填的要求確定。 高度主要依據中隔墻的高度以及正洞施工時的接頂要求而定。應盡量減少中隔墻頂部與中導洞頂板之間的高度，以減少污工充填。,13,（4）中導洞頂部的防水 中隔墻與拱結構之間存在著縱向施工縫，是隧道防水的薄弱環(huán)節(jié)，在施工中應保證防水質量。 中隔墻頂部要充填密實。 所有施工縫位置要設置橡膠止水帶和止水條。 必要時可預埋導管將滲水引至隧道底板排水溝內。 目前，比較好的作法是中隔墻分兩次（三層）砌筑，兩邊的中隔墻（兩外層）與兩隧道拱墻二次襯砌一次澆筑完成，拱圈襯砌與中隔墻沒有縱向施工縫，所以在結構整體受力與中隔墻防排水等方面有了根本的改善。,14,15,4 各部分之間的施工順序 4.1 中導洞與中隔墻的施工順序 中隔墻一般在中導洞貫通之后施工（運渣方便）。 中隔墻施做方法： 一是一次全厚澆注鋼筋混凝土。 二是分次澆筑鋼筋混凝土。兩側留出正洞二次襯砌的厚度，待二襯時澆筑。二襯的整體性好，有利于防水。 4.2 中隔墻與正洞的施工順序 中導洞貫通之后即可施工兩側正洞和中隔墻。中隔墻一般從洞口開始由外向里施工，并超前正洞3050m，以保證中隔墻混凝土有一定的養(yǎng)護時間，達到一定的承載能力。,16,4.3 左右正洞的施工順序 兩側同時開挖，同時扣拱，同步進行，齊頭并進 兩側正洞先完成一洞，再施工另一洞 兩正洞掌子面錯開一定距離，同時推進 第一種順序是鐵路工程設計技術手冊（隧道）的要求，但實際上很難做到。因為不宜兩個掌子面同時爆破，所以至少兩個掌子面相差12個循環(huán)。 有的人認為，第二種順序比較好，不僅兩洞要分別施工，而且在一洞施工完成后還要滯后20d左右再施工另一洞。左右洞的開挖順序應是先難后易，巖體較差的一側正洞要先開挖，這樣變形和位移較?。粚ζ珘核淼缿韧鈧群髢葌?。 從維護中隔墻的穩(wěn)定角度分析，筆者傾向于第三種順序，且偏壓隧道時外側正洞超前、及時進行初次支護，以平衡偏壓力。,17,左洞,右洞,中隔墻,中導洞,施工順序平面圖,側導洞,18,4.4 左右側導洞的施工順序 左右側導洞 兩側同步進行 兩側不同步進行，以免引起圍巖有較大變形和應力的急劇釋放。特別是淺埋地段，容易引起塌方。 側導洞與正洞施工 超前一次掘完：不良巖層段長度不大時（數十米），可將側導洞一次掘完，再施工正洞； 分段超前交替施工。 開挖順序 全斷面開挖：圍巖比較好時 臺階法開挖：圍巖極不穩(wěn)定時,19,4.5 初次支護與二次襯砌的順序 初次支護肯定在二次支護之前。 二次襯砌的時機要通過隧道變形監(jiān)測確定。 單行作業(yè)：正洞掘砌完后再施工內襯（二襯）。 平行作業(yè)： 長段平行作業(yè)：圍巖不太穩(wěn)定時采用，在掘進工作面的后方及時進行二次襯砌； 短段平行作業(yè)：圍巖很不穩(wěn)定時，二次襯砌要緊跟初次支護進行。,20,5 中隔墻的穩(wěn)定性,5.1 受力分析 在正洞開挖時，中隔墻處于垂直懸臂狀態(tài)。 隧道中墻的最不利受載時間是在開挖過程之中，并不是出現在最終完工時，。 中隔墻主要承受隧道左右正洞由襯砌結構傳來的壓力。 如果左右正洞同步開挖、同步襯砌，中隔墻將受到對稱的外荷載，可以認為中墻是穩(wěn)定的； 如果左右正洞非對稱開挖，中隔墻就會受到來自先施工正洞的非對稱壓力，中隔墻的穩(wěn)定性就會受到偏壓影響。 當隧道處于傍山地段時，隧道還會受到來自右高左低（或左高右低）的上覆傾斜山體的不均衡壓力，叫著山體偏壓。山體偏壓一般發(fā)生在淺埋地段，深埋隧道由于圍巖具有“成拱作用”，其作用荷載主要來自隧道周邊一定破壞范圍內的巖體壓力。 因此， 中隔墻會產生傾倒力矩和水平位移，隧道底板不好時，可能還伴隨有沉降。,21,受到山體偏壓的隧道,22,中隔墻在由拱部襯砌結構傳來的外荷載Pg作用下，將受到水平分力Pgh和垂直分力Pgv的影響。水平推力可能會使中墻發(fā)生水平位移、產生傾倒力矩（繞墻趾A點發(fā)生轉動）、沿墻身產生縱向彎矩；垂直分力由于不作用于軸線上，將使中墻偏心受壓，同時也產生縱向偏心彎矩。理論分析和現場實測都證明了這些現象的存在。,23,5.2 隧道頂部巖體垂直壓力的計算 對于施工過程中的中墻，主要承受來自正洞拱頂巖體的垂直壓力。 垂直壓力與隧道的埋深有關: 淺埋隧道 ：地面水平或接近水平，且隧道覆蓋厚度小于（2.02.5）倍的自然平衡拱高度時或者參考文獻8、9的規(guī)定時，應按淺埋隧道計算； 深埋隧道：當大于時按深埋隧道計算。 偏壓隧道：當隧道處于級圍巖中、地面傾斜，隧道外側拱肩至地表的垂直距離小于參考文獻8的規(guī)定時，應按偏壓計算。大多數偏壓隧道處于洞口段，屬于地形性淺埋偏壓，在洞身段偏壓較少，且多屬于地質構造偏壓。 下面主要按深埋隧道計算。 深埋隧道圍巖壓力按松動壓力計算。計算方法有經驗法和普氏法。由于不進行襯砌結構計算，僅考慮中墻的穩(wěn)定問題，故只計算垂直壓力。,24,（1）經驗法 根據公路、鐵路隧道的施工經驗統(tǒng)計，垂直均布壓力集度按下式計算 qha KN/m （1） 式中，為圍巖重度（KN/m3）， ha為計算圍巖高度（m）。根據公路隧道設計規(guī)范 ha =0.452B-S （2） =1+i（B5） （3） 式中，B坑道的開挖寬度，m； S為圍巖的類別，如級圍巖，S3； 開挖寬度影響系數；i為B每增減1m時的圍巖壓力增減率。 當B5m時，i0.2；B5m時，取i0.1。 以上公式的適用條件為： 采用鉆爆法施工； 隧道的高度與寬度之比小于1.7； 不產生明顯地形偏壓及膨脹性壓力的一般圍巖； 整體式混凝土襯砌，不適用于噴射混凝土襯砌錨桿支護的隧道。,25,在2001年版鐵路隧道設計規(guī)范中提出了下面的計算方法 單線隧道 ha=0.411.79S 雙線隧道 ha=0.452S-1 （2）普氏法 根據普洛托季雅可諾夫的自然平衡拱理論，垂直地壓為： qb/f 式中，圍巖重度， f巖體的堅固性系數。 b為自然平衡拱的半跨度，m；在堅硬巖體中，隧道側壁較穩(wěn)定， 自然平衡拱的跨度即隧道的寬度，b為隧道凈寬的一半。在松散 破碎巖體中，b按下式計算 bB/2tan(45- /2) arctanf 式中為巖體的似摩擦角。,26,27,兩絞拱是一次超靜定結構，根據結構力學推導，支座反力為 Va=Pgv=ql/2 Ha= Pgh =ql 式中，為根據矢跨比確定的系數，當矢跨比f/l 為 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 時， 分別為1.24298、0.61053、0.39464、0.28269、0.21221。,28,5.4 穩(wěn)定性判斷 根據下圖，假定中墻的自重為G，則中隔墻繞A點的轉動力矩（設順時針轉動為正）為： Ma=- Pgh h Pgv （c+B/2)+GB/2 若MA為負值，則說明中墻不穩(wěn)定，有逆時針轉動的趨勢，此時就要采取措施使其穩(wěn)定。 假定中墻為下端固定的懸臂壓桿。由于墻體下部的擴大部分高度不大，可將其簡化為等截面直桿。則沿桿長任意截面上的彎矩為： Mx= Pgv c+ Pghhx 如果加支撐的方式，則應設在彎矩為零的位置h0。 令上式等于零，可得 h0=hx= c Pgv / Pgh,29,算例：某公路雙連拱隧道，深埋級圍巖，堅固性系數f6。采用分離式中隔墻結構，即中隔墻分成3層，3次施工完成。首次先砌筑厚度1.2m的獨立墻體，用以支撐初期支護的壓力，以后再在二次襯砌的同時套砌兩邊的內層墻，這樣有利于二次襯砌的整體防水。正洞的初次支護為型鋼拱架錨網噴。初次砌筑的獨立墻體結構、尺寸如圖。中墻為鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級為C30。單側正洞凈寬10.09m，二次襯砌后的頂底板內緣高8.49m。開挖寬度11.89m，開挖高度9.59m，矢高3.68m，矢跨10.97m。圍巖重度23KN/m3。 （1）頂部垂直地壓力的計算 由于采用分離式中墻，首先進行兩側正洞的初次支護，以后再進行二次襯砌，所以應按初次支護計算頂部的垂直地壓力。 隧道的凈尺寸高跨比為： 8.49/10.09=0.841.7。 B11.89m5m，取i0.1，按計算得 10.1（11.895）1.689 雙連拱隧道的一個側洞相當于鐵路的雙線隧道， 故參照現行鐵路隧道設計規(guī)范，計算得,30,q230.452311.68969.92KN/m （2）中墻外荷載 按式（9）計算垂直荷載 Pgvql/2=69.9210.97/2=383.51KN 確定水平荷載時首先確定矢跨比： f/l3.68/10.970.335，按插值法得0.3571 Pghql0.357169.9210.97273.90KN （3）轉動力矩 已知每延米中墻及基礎的體積8.6m3，按24KN/m3計算，墻 的自重G為206.4KN。 MA273.905.91383.51（0.511.75）206.41.75 390.81KNm MA為負值，說明中墻是不穩(wěn)定的，需要采取有關措施。 （4）支撐位置 假設采用支撐穩(wěn)定法，支撐的位置為： h00.51383.51/273.90=0.714m 即需在從中墻頂部向下0.7m左右的位置支撐。,31,5.5 中隔墻的穩(wěn)定措施 在雙連拱隧道施工中，當采用兩側正洞不同步開挖時，為保持中隔墻的穩(wěn)定和安全，根據不同的工況條件，可采取多種措施，常用的有： （1）加側向支撐 目的：平衡偏壓。 方式： 單側支撐。單側支撐應將其設置在先挖正洞的對側，支撐的高度 一般靠近中隔墻的上端，既可提高支撐的效果又不妨 礙 通行。 雙側支撐。在中隔墻的右側底部架設。 材料：一般采用鋼支撐，如鋼管、鋼軌等，支撐強度大，便于安裝。,32,（2）回填 回填的主要作用是抵抗彎矩和水平位移。 單側回填：若一側有支撐，另一側可進行回填，起到下部支撐的作用 雙側回填：如果不加支撐，應采用雙側回填； 回填一般采用片石混凝土，片石可用正洞開挖的渣石。 (3) 兩側正洞大致同步施工、對稱開挖，兩掌子面不要離得太遠，以使中隔 墻受力及早得到平衡。 實際工程中大多采用非對稱開挖，先施工一側正洞，再施工另一側正 洞。先施工的正洞可以在貫通后再施工另一洞，也可相錯一定距離交替 施工。 (4) 在中隔墻位置布置底板錨桿，錨桿與中隔墻鋼筋連接成整體，以防止發(fā) 生水平位移、抵抗傾覆。 (5) 及早施做仰拱，將中隔墻基礎部分加以固定，限制其發(fā)生水平位移。條 件允許，應及早進行拱部襯砌，與仰拱形成一個閉合結構。 (6) 在施工中隔墻時，將中導洞底板做適當臥底，增大混凝土與底板之間的摩擦力，起到阻止中隔墻水平位移的作用。 以上措施可根據具體情況單獨采用或者多種聯合采用。