涌水大跨分岔式隧道施工關鍵技術研究

　　[摘要]以陽安二線直通線包灣村隧道工程為背景，介紹了一套完整的分岔大跨隧道施工技術，對開挖方法確定、分岔段及漸變段施工等關鍵控制技術進行了詳細闡述。通過對加寬斷面處數值模擬，分析了加寬斷面開挖時的隧道圍巖變形、襯砌結構應力分布。實踐表明：斷面加寬處斷面面積突然增大，施工對圍巖的擾動區域增大，應力釋放過程加快，釋放的圍巖壓力增加，導致累計變形量增大，襯砌受力增大;對于分岔大跨度，在環境復雜、地質條件差的情況下采取適當的地層加固措施，不同斷面的合理漸變、超大斷面的合理分塊、保留臨時支撐施作二次襯砌等技術是切實有效的。

　　[關鍵詞]隧道工程;分岔大跨;加寬斷面;數值模擬;二次襯砌

　　0引言

　　隨著“一帶一路”政策的不斷實施，西部地區經濟和城市發展進入了高速發展的新時期，促進了鐵路建設規模不斷擴大，穿越山嶺的隧道日益增多，使得各種新工藝、新技術、新方法在鐵路隧道建設過程中不斷涌現，給傳統的鐵路建設工程人員和設計人員帶來了諸多挑戰，大跨分岔式隧道作為近年來新出現的一種隧道結構形式，其工程建設案例、受力特性分析和施工技術總結尚處于經驗積累階段，國內外尚未有相應設計規范可供參考，因此對于大跨分離式隧道施工關鍵技術總結和相關經驗的積累顯得至關重要。

　　分岔隧道作為一種特殊的隧道布置形式，通過在隧道內設置分岔口，在較短的距離內由大跨隧道、連拱隧道、小凈距隧道，逐步過渡到一般分離式隧道，最終平面上呈現“Y”型分岔結構形式。鐵路分岔隧道是在地形地質條件極其復雜的山區，為了滿足設計施工造價等要求而發展出來的一種新型隧道結構形式，與傳統的雙向獨立式隧道相比，在節約投資、滿足特殊功能需求等方面具有較大優勢。在以往的隧道修建過程中，主要采用雙洞分離式施工方案，我國在此方面積累了豐富的經驗和技術，毋庸贅述。

　　隨著鐵路交通事業的改造升級，在地形和地質復雜的山區，由于橋隧連接，線形布置，征地拆遷和工程造價等原因，雙洞分離式方案往往受到較大限制。此時小凈距隧道、連拱隧道、分岔隧道成為重要的可選方案。目前對于分岔式隧道研究大部分學者聚焦于連拱隧道、小凈距隧道和大跨度隧道的穩定性，而僅有少部分學者對分岔式隧道施工參數及施工關鍵技術做出較為詳細的說明，為此，本文以陽安二線直通線包灣村隧道工程某分岔施工技術為工程背景，在設計、施工總結了一套較為完整的分岔式隧道施工關鍵技術，以期為類似工程提供參考。

　　1工程背景與特點

　　1.1工程概況

　　陽安二線直通線包灣村隧道位于陜西省安康市轄區漢江右岸大巴山低山區，平均海拔410～960m，洞身地表起伏較大，地表自然坡度30°～50°，地表植被茂密，洞身發育眾多沖溝，溝內主要為粉質黏土及膨脹土。隧道起始里程為XDK232+880，屬大嶺鋪至安康東聯絡線，為兩個喇叭口隧道，上行直通線(右線)隧道出口里程為XDyK236+717，下行貨車線隧道出口里程為XHK236+950。

　　隧道為1雙線3單線結構，洞內分為直通線(雙線)、下行貨車線(單線)、下行客車線(預留單線)——左線、上行直通線(單線)——右線。雙線長2145m，變斷面段長435m，單線長3099m，斜井長201m，隧道全長5679m。其中,第1個喇叭口斷面由雙線經過6次斷面加寬轉換為2個單線斷面;第2個喇叭口斷面由單線經過3次斷面加寬轉換為2個單線斷面。

　　1.2工程地質條件

　　隧道地層為第四系全新統洪積膨脹土，坡積粉質黏土、細角礫土、上更新統沖積粉質黏土、膨脹土、粉土、粗圓礫土、中更新統沖積膨脹土;下伏基巖為志留系下統片巖，緊鄰南秦嶺活動帶，正處秦嶺峰腰構造南端，呈近東西向分布。受多次構造活動的影響，其內部組成與構造變形十分復雜。隧道區的地下水主要為基巖裂隙水，賦存于巖體節理、裂隙及斷層破碎帶中，富水性差異較大，在巖體較完整地段，富水性較差;在巖體破碎帶、節理密集及斷層破碎帶，富水性較好。

　　2工程重難點

　　1)分岔隧道小凈距內涉及分離段、小凈距段、連拱段和大拱段，隧道結構受力復雜、工序轉換頻繁導致分岔隧道各接頭處施工難度大。2)連拱隧道施工工藝復雜，施工技術要求高，易造成隧道開裂現象，施工質量要求高。3)隧道斷面從114.03m2逐漸過渡到201.28m2，涌水大斷面喇叭口支護難度大。

　　3施工技術要點

　　3.1施工工藝流程

　　第1個喇叭口斷面由雙線經過6次斷面加寬轉換為2個單線斷面;第2個喇叭口斷面由單線經過3次斷面加寬轉變為2個單線斷面。斜井施工完畢進入第2個喇叭口，進行交叉口第一次洞室轉換后雙向進行正洞施工。大里程端變斷面施工完畢，在兩單線間采用中導洞、澆筑中隔墻法施工，完成下行客車線和下行貨車線38m的小凈距段施工，小凈距最窄處為0.84m，最寬處為3.6m。

　　小里程單線施工至第一個喇叭口處，采用臨時導洞法，從單、雙交界處斜交10%的坡度，完成單線至大跨段正洞的挑頂工作，使單線進入雙線正常斷面，隨后反向擴挖完成單線斜交進入雙線斷面段落的正洞擴挖工作。最后采用控爆完成上行直通線與下行直通線120m的小凈距段施工。

　　3.2開挖施工

　　3.2.1開挖方法的確定

　　隧道施工過程為在地層中進行隧道開挖→對開挖空間進行支護→襯砌以維持開挖面的穩定→澆筑永久襯砌結構。新奧法作為目前常見的隧道施工方法，根據開挖斷面尺寸劃分為全斷面開挖法、臺階開挖法、分部開挖法3種施工方法。

　　4加寬斷面受力及變形分析

　　斷面加寬處斷面面積突然增大，施工對圍巖的擾動區域增大，應力釋放過程加快，釋放的圍巖壓力增加，導致圍巖累計變形量增大，襯砌受力增大，即斷面加寬處為危險截面。通過有限元軟件MIDAS/NX建立有限元二維模型，模擬分析加寬斷面開挖時的隧道圍巖變形、襯砌結構應力分布。以典型斷面XDK235+220和XDzK235+788斷面為例分析洞室開挖過程中隧道圍巖和襯砌結構的內力變形狀態。

　　隧道論文投稿刊物：《隧道建設》雜志是隧道及地下工程領域實踐性很強的技術類科技期刊。1981年創刊，由中鐵隧道集團主管，中鐵隧道集團科研所主辦，為國內外公開發行刊物，國際統一刊號ISSN 1672-741X，國內統一刊號CN 41-1355/U，自2013年改為月刊。

　　5結語

　　1)以陽安二線直通線包灣村隧道工程為背景，根據工程地質水文等條件，分析全斷面法、分步開挖法和臺階開挖法對大跨分岔式隧道的適應性，最終確定了三臺階開挖的隧道開挖方案，并對三臺階開挖方案進行了詳細介紹，可為類似工程提供參考。

　　2)通過對加寬斷面處數值模擬，分析了加寬斷面開挖時的隧道圍巖變形、襯砌結構應力分布，同時結合實踐發現：斷面加寬處斷面面積突然增大，施工對圍巖的擾動區域增大，應力釋放過程加快，釋放的圍巖壓力增加，圍巖累計變形量增大，襯砌受力增大;采用合理的斷邊漸變結構、超大斷面的合理分塊、保留臨時支撐施作二次襯砌等技術是保持隧道穩定性的有效措施。

　　參考文獻:

　　[1]黃欣，賈寶新，李祁，等.地鐵盾構分岔式隧道數值模擬及應用[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2013，32(7):943-946.

　　[2]荊永軍，樊至，歐陽剛杰，等.長沙營盤路湘江隧道分岔大跨施工技術[J].隧道建設，2013，33(3):231-236.

　　[3]張強勇，李術才，李勇，等.大型分岔隧道圍巖穩定與支護三維地質力學模型試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2007(S2):4051-4059.

　　[4]劉鵬.膠州灣隧道淺埋分岔段的設計及施工關鍵技術[J].隧道建設，2013，33(6):474-480.

　　[5]吉小明，譚文.淺埋暗挖大跨隧道中的施工力學原理與施工技術研究[J].隧道建設，2010，30(S1):94-99.

　　作者：黃國濤

轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.zpfmc.com/jzlw/26017.html