復雜環境下雙連拱隧道下穿城市主干道快速施工方法

董浩偉

（中鐵一局集團有限公司，西安710054）

1 工程概況

廈門第二西通道（海滄隧道）工程A3 標段下穿興湖路城市主干道雙連拱隧道全長240m，進出口與明挖矩形隧道連接，為陸域段關鍵節點工程，如圖1 所示。隧道進口位于興湖路北側邊坡，出口臨近興湖路南側地下停車場，隧道埋深約5～12m，以30°夾角下穿興湖路，穿路段長65m，既有Φ1.2m 承插式給水干管橫穿興湖路，位于隧道拱頂上方8m 位置，施工期間不但要嚴格洞內變形控制，同時還要保證既有路面、穿路管線及周邊敏感建筑安全受控，施工風險極大。

隧道圍巖以V 級圍巖為主，洞頂為雜填土，洞身以全~強風化花崗巖為主，夾雜微風化花崗巖孤石，自穩能力極差。地下水以松散巖類孔隙水、基巖裂隙水為主，間歇性補給。

圖1 雙連拱隧道結構圖

2 施工方案

本隧道設計方案為4#工作井獨頭掘進，5#井輔助出洞，工作井頂板預留出渣和進料孔洞，隧道施工采用三導洞+上臺階CD 法。實際施工過程受市政管線遷改滯后影響，原施工方案無法滿足工期要求，經參建各方及專家討論，對原施工方案進行了以下調整優化。

2.1 工作井提升改水平運輸

調整工作井頂板及預留明挖段施工順序，先施工工作井底板、側墻及端墻，利用工作井底板至明挖基坑外原地面標高形成10%坡度施工便道。在保證基坑穩定的基礎上調整原垂直提升為水平運輸，提前開始雙連拱隧道進洞施工。

為保證擬調整方案安全實施，通過ANSYS 建模分析了基坑開挖拉槽、工作井施工支撐體系轉換及三導洞破樁進洞工序對基坑支撐體系及地表沉降的影響（見圖2）。

圖2 工作井及導洞進洞支撐體系受力分析

分析結果顯示，施工期間基坑內支撐應力逐漸增大，最大值由4.5MPa 增加到4.7MPa；導洞破樁開挖對圍護結構X方向位移影響相對較小，圍護結構及支撐體系滿足受力及變形控制要求；地表累計沉降2~5mm，滿足沉降控制要求。

2.2 導洞超前止水加固

超前導洞施工過程，掌子面伴隨有裂隙水滲出，全風化花崗巖開挖擾動后，中下臺階預留核心土遇水軟化成流塑狀，初支施做后變形大，仰拱封閉成環后仍出現持續出現蠕動沉降、收斂等現象[1]。

綜合參建各方意見后，現場采用導洞帷幕注漿改良隧道導洞、主洞開挖輪廓范圍及隧道基底土體控制變形，在導洞施工墻體過程預留洞內降水井、排水設施，為主洞施工提前做好圍巖改良和降排水工作。

2.3 主洞上臺階快速封閉

主洞原方案采用CD 法開挖，各施工步距按5m 控制，二層格柵初支在中臺階開挖前施做，工作面干擾大，工序轉化復雜。為提高主洞施工效率，盡快完成雙層初支閉環，在超前導洞對主洞開挖輪廓及隧底超前進行了加固和降排水處理的基礎上，結合監控量測數據反饋，對主洞開挖方案進行了以下優化：（1）取消臨時仰拱采用上臺階臨時中隔壁法施工；（2）左、右導坑環形開挖預留核心土，左主洞先施工左側導坑，右主洞先施工右側導洞，主洞內左右導坑步距按5m 控制，拱腳落于中隔墻及側墻預留位置，提前完成“扣拱”閉環作業；（3）二層格柵拱架緊跟掌子面施工，掌子面與二層初支步距按10m 以內控制，提前完成上臺階貫通，然后進行中下臺階及仰拱開挖施工作業；（4）左、右主洞緊鄰中隔墻兩側導坑步距按5m 控制[2]。

該方案采用ANSYS 有限元程序模擬驗證，用二維梁單元Beam3 模擬初期支護，第一層支護與第二層支護接觸采用二維桿單元Link10 模擬，土體荷載按埋深15m 計算。

通過對雙層支護體系模擬分析：（1）一層初支結構軸力在外側拱腳處最大值為872kN；彎矩在拱頂處內側受拉最大值為12.79kN·m；結構外側拱腳處安全系數最小值為5.69；（2）二層初支結構軸力在外側拱腳最大值為1258.5kN；彎矩中隔墻處最大值為70.953kN·m，結構外側拱腳處安全系數最小值為5.69，均滿足安全系數最小值2.4 的要求（見圖3）。

圖3 雙層初支體系受力分析

3 取得效果

取得效果有：（1）改變傳統工作井垂直吊裝為水平運輸，減少垂直吊裝設備投入的同時運輸效率提升30%；（2）超前導洞施工過程中采取的帷幕注漿加固及預留降排水措施，解決導洞不良地質問題的同時為主洞開挖施工提前改良了土體；（3）主洞開挖改變了傳統雙連拱隧道施工步序，充分發揮雙層初支體系作用，提前貫通上臺階，中下臺階、仰拱施工實現雙向掘進。

本隧道于2018 年8 月正式開始導洞施工，2019 年7 月開始主洞施工，2020 年3 月完成貫通，預計2020 年6 月完成隧道土建施工。原計劃工期36 個月，實際工期22 個月，主洞進度指標達45m/月。洞內變形、既有路面、穿路管線及周邊敏感建筑監測數據受控。該方法在簡化傳統雙連拱隧道復雜施工程序的基礎上，創新了復雜環境下雙連拱隧道快速施工方法，安全、優質、高效地完成了雙連拱隧道下穿興湖路城市主干道施工任務，為類似工程提供經驗與參考。