談隧道轉彎段施工方法

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

關鍵詞:隧道轉彎處，主洞，支洞，斜井，開口導洞

1　概述

隨著國家基礎設施的投資建設，鐵路、公路、水利等工程建設中，隧道施工項目逐漸增多，隧道長度不斷增加，工期逐漸縮短，導致各建設單位，為加快工程進度，不得不增加支洞、斜井等施工隧道的數量，為主洞施工創造更多作業面。由于部分隧道埋深大，前期的地質勘查不充分，施工段劃分施工任務時，對支洞、斜井與主洞轉彎銜接處地質條件掌握不充分，待支洞、斜井等施工隧道施工至主洞位置，發現支洞、斜井與主洞轉彎銜接處地質條件差，圍巖自穩能力差，部分隧道該處圍巖基本達到Ⅴ級。為保證后期機械設備的順利通行，會車等轉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用，在以后的銜接處施工中不進行描述。

2　隧道轉彎形式

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

支洞、斜井與主洞銜接處上下貫通轉彎多在礦山巷道施工中

圖1　隧道轉彎形式

平面正交轉彎和平面斜交轉彎在鐵路、公路、水利等工程施工中應用較多，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，導致了主洞在轉彎銜接處結構三面凌空，不利于隧道結構安全。特別是在不良地質條件下，轉彎處施工方法不當，極易造成塌方事故，不僅會造成經濟損失、影響工期，更會導致傷亡事故，對企業、社會等產生不良影響，是任何人都不能接受的。

3　隧道轉彎處常用的施工方法

3.1轉彎銜接處主洞形式施工

轉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、主洞邊墻位置設置橫梁，將主洞一側拱腳搭在橫梁上。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:首先對轉彎銜接處地質條件要求高，對主洞隧道跨度小于5 m時，圍巖等級不應大于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，不影響結構安全。在將拱腿置于支洞、斜井拱背上或置于設置的橫梁上時，必須對支洞、斜井拱架或增設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系不大，在施工中可任意變化。

優點:轉彎銜接處超挖量小，開挖施工進度快。

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

3.2轉彎銜接處支洞、斜井形式施工

轉彎銜接處支洞、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、斜井兩側邊墻上測量放樣，畫出主洞開挖輪廓線，沿開挖輪廓線設置超前導管，將加高厚度支洞、斜井拱架之間焊接在超前導管上，確保導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，此處主洞拱架應進行抗彎計算，亦可按照簡支梁技術方法進行驗收，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，應錯開10 d時間，給圍巖預留一段沉降穩定時間。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，圍巖有一定的自穩期，但自穩時間較短的，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，圍巖等級應為Ⅲ級和Ⅳ級圍巖。另外，轉彎處支洞、斜井高度必須高于主洞高度。

優點:作業人員一直處于初期支護下進行作業，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轉彎銜接處開口導洞形式施工

轉彎銜接處開口導洞形式施工，一般采用開口導洞形式施工，隧道轉彎銜接處地質圍巖極差，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，進行開口導洞施工。開口導洞中心線與主洞中線垂直，高度應保證開口導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。開口導洞斷面不宜過大，能滿足出渣、開挖作業即可，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，不經濟。圍巖極差時，也不利于隧道安全作業。開口導洞根據地質條件，選擇是否進行成環形支撐。

開口導洞施工完成后，施作開口暗梁，開口暗梁一般采用工字鋼加固而成，暗梁兩側設置墩柱，確保暗梁基礎牢固。暗梁施工前應對暗梁進行受力驗算，可按照簡支梁計算方式驗算。并預留1.5倍以上的安全系數。

測量放樣，在開口導洞兩側邊墻上畫出主洞開挖輪廓線，沿開挖輪廓線外5 cm～10 cm施作超前導管，由于受開口導洞寬度限制，超前導管長度應與開口導洞寬度相同。超前導管安裝完畢后，導管注漿，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，對開口導洞范圍內架設主洞鋼拱架，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洞起拱線以上結構及外部圍巖產生的壓力，為拆除開口導洞兩側邊墻做好準備。

拆除開口導洞邊墻，開口導洞邊墻不得兩側同時開挖，必須等一側施工完成一段時間后，再拆除另一側邊墻，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，再拆除另一側邊墻，施作另一端主洞。主洞拱架在支洞、斜井開口范圍內，拱架一側搭設在開口暗梁上，一側正常施工，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。為保證結構安全，主洞在支洞、斜井上下游各15 m范圍內拱架加密，以提高支撐能力，確保結構安全。超出該范圍后，按照主洞支護參數進行施工。施工方法如圖8～圖10所示。

圖8　開口導洞平面圖

圖9　開口導洞（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。另外開口導洞高度必須高于主洞高度。

優點:超挖量小，后期的回填數量小，經濟性好;開挖、支護等作業全部在隧道初期支護、超前支護下，即使隧道圍巖極差，也能確保作業人員安全，安全性好;施工過程中，通過開口導洞的施工，減少了每次開挖量，有利于圍巖自穩，施工風險小。

圖10　開口導洞施工步序（A—A剖面圖）

缺點:開口導洞施工，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　隧道轉彎處施工安全注意事項

隧道在轉彎處選擇哪種銜接形式，主要由圍巖性質決定，在施工中，可參照三種銜接方式的適用條件，選擇既經濟、快捷又安全的施工方法。因此，對銜接處圍巖類型判別是關系到隧洞施工安全至關重要的內容，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，應在巖體基本質量分級的基礎上考慮修正因素(巖石中是否含有水;圍巖穩定性受軟弱結構面的影響，且由一組起控制作用;巖石中存在高初始應力)的影響，修正巖體基本質量指標，按修正后的巖體基本質量指標BQ，結合巖體的定性特征綜合評判、確定圍巖的詳細分級。

5　隧道轉彎處質量保證措施

隧道在轉彎處施工時，由于洞體增加了凌空面，造成巖體應力分布不均，局部超壓，洞體的沉降量大等，極易造成隧道塌方事故，為此，在隧道轉彎銜接處施工時，初期支護質量控制尤為重要。初期支護質量控制首先是對型鋼拱架的施工質量控制，通過預測隧道初期支護可能承受的荷載，選用適當的型鋼加工拱架，確定合理、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量控制，噴射混凝土的質量包括混凝土強度、噴射層厚度等。還有系統錨桿，通過錨桿布設，增加圍巖的自承能力，減少初期支護承受的地層壓力，確保施工質量符合要求，隧道結構安全。

6　總結

隧道轉彎處施工，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彎處銜接的施工方案，在轉彎處圍巖級別的判定時，如果再采納新意法的思路，對轉彎銜接處圍巖穩定程度進行判定，采用超前導管等措施對圍巖進行預加固，再結合相應的施工方案，必將能改善作業環境、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，為隧道轉彎處施工提高了基本的施工思路，各方案均有優缺點，在施工中，必須根據現場的具體情況，合理選擇相適宜的施工方案，確保施工安全有序進行。

7　結語

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

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