摘要：連拱隧道是一種重要的中短隧道結構型式。在分析連拱隧道結構的特點的基礎上，認為三層曲(直)中墻連拱隧道是一種較為理想的結構形式，結合安徽省黃祁高速公路連拱隧道設計和施工，詳細論述了設計連拱隧道時的注意事項及需考慮的關鍵問題。
　　關鍵詞：隧道工程；連拱；設計；施工
　　一、前言
　　從20世紀90年代初開始，我國在公路隧道建設中逐漸采用連拱隧道。進入21世紀，由于提高了環保要求，越來越廣泛地采用中短隧道。連拱隧道因其在布線、洞口接線、節約用地等方面的優勢而得到普遍應用。
　　二、連拱隧道的適用性及結構選型
　　連拱隧道和分離式隧道差異較大，分析連拱隧道的特點對于隧道結構選型具有重要意義。連拱隧道在短隧道中可避免洞口分幅，洞口占地面積較少，線路布線方便，可保持路線線型流暢；在城市中可大大減少拆遷，降低工程造價，也容易與隧道外的橋梁或特殊工程相連。按中墻形狀可分為直中墻和曲中墻連拱隧道，按中墻結構型式可分為整澆中墻和三層中墻連拱隧道，施工過程中也未發現結構存在穩定問題。實踐表明三層曲中墻的連拱隧道是理想的結構型式。
　　三、連拱隧道設計要點
　　連拱隧道設計的重點為隧道斷面型式、中導坑及中墻、施工工序的設計。下面談談設計三層曲中墻連拱隧道的體會。
　　3.1 連拱隧道合理的結構斷面設計
　　隧道斷面型式總體上按三種地質情況進行確定：為土質、軟巖或斷層破碎帶(圍巖級別為Ⅴ、Ⅵ級)；較軟巖、硬巖(圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級)；硬巖(圍巖級別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級)。分述如下：
　　1) 土質、軟巖或斷層破碎帶(圍巖級別為Ⅴ、Ⅵ級)襯砌斷面結構型式:這種地層的特點為：隧道所受的豎向及水平壓力大，基底承載力及圍巖的彈性抗力較小，圍巖軟弱遇水易軟化，因此要求結構要有足夠的承載力，支護體系應有足夠的穩定性，在施工過程中不應產生大的變形及位移。隧道開挖后支護應及時封閉，同時隧道開挖輪廓應盡量圓順，避免一些直線的開挖，初期支護在底部應封閉。
　　2) 較軟巖、硬巖(圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級)的襯砌斷面結構型式:這種地層的特點為：隧道所受的豎向及水平壓力較小，基底承載力及圍巖的彈性抗力較大，針對土質、軟巖或斷層破碎帶襯砌斷面結構型式的一些要求，在這種圍巖情況下可以弱化。底部的初期支護可不封閉，但設計時要求隧道的仰拱能及時跟進，以達到隧道支護及時封閉的要求，同時也自然地提高了仰拱的作用。
　　3) 硬巖(圍巖級別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級)的襯砌斷面結構型式:這種地層的特點為：隧道所受的豎向及水平壓力均相對很小，特別是水平壓力顯著減小，基底承載力及圍巖的彈性抗力都很大，隧道基本不會發生失穩和破壞的情況。所以應采用不帶仰拱的襯砌型式。最需考慮的是隧道后續開挖對已經做好的支護或二次襯砌的震動影響。通過中導坑的開挖，其自然地起到了隔斷左右洞爆破震動的傳遞，所以在設計時要求開挖時重視這一點。
　　3.2 連拱隧道中導坑及中隔墻的設計:隧道中導坑，設計斷面比較小、結構穩定，也是連拱隧道施工過程中最安全的施工階段。中導坑和中隔墻的設計直接關系到連拱隧道施工質量、施工過程中隧道穩定等問題，需要特別討論。
　　3.2.1中導坑設計
　　中導坑應偏向于主洞先開挖的一側：使得在同樣寬度的情況下，在一側可獲得較大的施工空間，可進行施工人員的走動及布設施工設施;如果需要在中導坑一側回填土石或混凝土、加設橫向鋼支撐時，由于在中導坑開挖寬度一樣時，該側寬度較窄，可節約工程數量，降低造價;隧道主洞開挖并施工了支護和二次襯砌后，會對中隔墻產生較大的水平推力，將中導坑向該側偏移，中隔墻頂圍巖對中墻的抗力是有利于中墻穩定的。中導坑開挖底面應較中隔墻底面略高：因為在中導坑開挖后，隨著施工設備的碾壓和水的浸泡，中隔墻底容易軟化，表層破碎，而中隔墻在施工過程中需承受很大的豎向壓力，所以必須保證基底圍巖的承載力。中導坑(側導坑)的寬度不能太窄：由于中導坑必須先開挖施工，一般要求中導坑需先貫通；從施工進度和安全的角度出發，導坑開挖和支護的施工均應采用挖掘機等設備進行，所以要求其必須具備一定的開挖寬度。通過對現場實際施工設備及具體施工操作的調查，中導坑支護后的凈寬不宜小于4.5m。
　　3.2.2中隔墻設計
　　在三層曲中墻連拱隧道的中隔墻和單層直中墻連拱隧道的作用有些差異，但究其在各施工階段情況來看，其所受的外力大小等情況和單層直中墻的連拱隧道中隔墻差異不大。但由于在二次襯砌施工后，其作用不大，也容許其有一定的裂縫，所以設計安全系數可減小。在具體工程中建議中隔墻的厚度應根據不同圍巖級別來定，但最小厚度不應小于80cm；設計時應加大中隔隔墻基底的寬度，以增強中隔墻的穩定性；最好能在中隔墻頂部增加一些錨桿，且錨桿伸人中隔墻不小于50cm的長度，以增強中隔墻抗傾覆的能力；中隔墻設計應支撐到導坑的頂部，即要求施工時一次施工至頂部。
　　3.2.3中隔墻側向支撐
　　由于三層曲中墻連拱隧道在施工時的結構穩定性較傳統連拱隧道結構型式更好，通過近幾年三層曲中墻連拱隧道設計和建設積累的經驗，認為對中隔墻的橫向支撐只需設一些鋼支撐或不設支撐；而按傳統對中墻一側回填土石或片石混凝土，一方面投資較大，延長施工工期，并且隧道開挖時對已完成的工程振動較大，如果不回填，則可對沖擊波起到隔離的作用。
　　3.3 隧道防排水設計
　　我們對分離式隧道的防排水設計和施工已經積累了豐富的經驗。三層曲中墻連拱隧道結構防排水設計和施工與分離式隧道的防排水原理基本一致，只需參照分離式隧道進行防排水設計。
　　根據分離式隧道的防排水設計思路，需要在防水板和初期支護之間鋪設環向和縱向盲溝。對于三層曲中墻連拱隧道，在中隔墻處需要在二襯和中隔墻間安裝環向盲溝和縱向盲溝；中隔墻采用模筑混凝土，并且在二次襯砌和中隔墻間無任何預留變形量，在該處防排水的設計和施工與分離式隧道有一些差異。建議采取的措施是：隧道的環向盲溝和中隔墻間的縱向盲溝應選取扁狀的塑料盲溝，以減小對中隔墻或二次襯砌空間的侵入；二次襯砌是連拱隧道的主要承載體，在高圍巖級別中均采用鋼筋混凝土結構，因此盲溝不能侵入二次襯砌。建議中隔墻的鋼筋布置時適當增加一定的保護層厚度，同時在中隔墻施工時預留盲溝所需的槽。
　　3.4 連拱隧道合理的施工工序
　　對墻連拱隧道而言，其施工工序對隧道的穩定和結構安全影響很大，施工工序不僅僅是平面的施工順序，尚應注意在隧道縱向方面的開挖和施工控制，如各工序之間的縱向距離控制。
　　3.4.1軟巖高圍巖級別的三層曲中墻連拱隧道施工工序
　　根據目前國內已建成或在建的連拱隧道，通過現場對這些隧道的支護、施工過程中的穩定性等實地工程調查，認為合理的軟巖高圍巖級別的三層曲中墻施工順序設計要點為：
　　1)施工工序首先應選取三導坑法進行施工。2) 地質條件略好時，可采用中導坑開挖+主洞微臺階法開挖，上半斷面超前的距離不大于10m。
　　3)主洞的下一個循環的開挖，需在前一個循環開挖主洞的二次襯砌施工后進行。
　　3.4.2硬巖及低圍巖級別的三層曲中墻連拱隧道施工工序
　　硬巖及低圍巖級別相對于軟巖高圍巖級別而言具有：隧道基底承載力高，圍巖側壓力小，總的隧道壓力小等特點。所以隧道的施工工序也應不同于軟巖連拱隧道，建議采用的施工工序為中導坑法開挖；主洞開挖可采用臺階法或全斷面開挖；后開挖主洞的開挖，最好在先開挖主洞的二次襯砌施工后進行。當受施工制約時，可根據實際施工時視圍巖和中墻結構和厚度等情況，左右洞可同時開挖。一般情況下連拱隧道屬淺埋短隧道。連拱隧道寬度較寬，在洞口段常會出現偏壓地形偏壓或地質構造偏壓，施工中應注意確定內、外側主洞開挖的先后順序。國內目前關于這個問題的爭議較大，通過實地處理淺埋偏壓連拱隧道的經驗和計算分析，我們認為應先開挖外側的隧道。在外側隧道的二次襯砌完成后，才能進行內側隧道的開挖和施工。
　　四、結語
　　連拱隧道的設計已比較成熟。可以根據實際選線時采用一些連拱隧道，特別是在圍巖地質條件較好、隧道洞口地形有利的中短隧道更宜選用連拱隧道。寫本文的目的是希望與同行共同探討、學習，形成正確的認識，在實際應用時有條件地通過綜合比較分析而選用連拱隧道結構型式。
　　參考文獻
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