涌水大跨分岔式隧道施工关键技术研究

　　[摘要]以阳安二线直通线包湾村隧道工程为背景，介绍了一套完整的分岔大跨隧道施工技术，对开挖方法确定、分岔段及渐变段施工等关键控制技术进行了详细阐述。通过对加宽断面处数值模拟，分析了加宽断面开挖时的隧道围岩变形、衬砌结构应力分布。实践表明：断面加宽处断面面积突然增大，施工对围岩的扰动区域增大，应力释放过程加快，释放的围岩压力增加，导致累计变形量增大，衬砌受力增大;对于分岔大跨度，在环境复杂、地质条件差的情况下采取适当的地层加固措施，不同断面的合理渐变、超大断面的合理分块、保留临时支撑施作二次衬砌等技术是切实有效的。

　　[关键词]隧道工程;分岔大跨;加宽断面;数值模拟;二次衬砌

　　0引言

　　随着“一带一路”政策的不断实施，西部地区经济和城市发展进入了高速发展的新时期，促进了铁路建设规模不断扩大，穿越山岭的隧道日益增多，使得各种新工艺、新技术、新方法在铁路隧道建设过程中不断涌现，给传统的铁路建设工程人员和设计人员带来了诸多挑战，大跨分岔式隧道作为近年来新出现的一种隧道结构形式，其工程建设案例、受力特性分析和施工技术总结尚处于经验积累阶段，国内外尚未有相应设计规范可供参考，因此对于大跨分离式隧道施工关键技术总结和相关经验的积累显得至关重要。

　　分岔隧道作为一种特殊的隧道布置形式，通过在隧道内设置分岔口，在较短的距离内由大跨隧道、连拱隧道、小净距隧道，逐步过渡到一般分离式隧道，最终平面上呈现“Y”型分岔结构形式。铁路分岔隧道是在地形地质条件极其复杂的山区，为了满足设计施工造价等要求而发展出来的一种新型隧道结构形式，与传统的双向独立式隧道相比，在节约投资、满足特殊功能需求等方面具有较大优势。在以往的隧道修建过程中，主要采用双洞分离式施工方案，我国在此方面积累了丰富的经验和技术，毋庸赘述。

　　随着铁路交通事业的改造升级，在地形和地质复杂的山区，由于桥隧连接，线形布置，征地拆迁和工程造价等原因，双洞分离式方案往往受到较大限制。此时小净距隧道、连拱隧道、分岔隧道成为重要的可选方案。目前对于分岔式隧道研究大部分学者聚焦于连拱隧道、小净距隧道和大跨度隧道的稳定性，而仅有少部分学者对分岔式隧道施工参数及施工关键技术做出较为详细的说明，为此，本文以阳安二线直通线包湾村隧道工程某分岔施工技术为工程背景，在设计、施工总结了一套较为完整的分岔式隧道施工关键技术，以期为类似工程提供参考。

　　1工程背景与特点

　　1.1工程概况

　　阳安二线直通线包湾村隧道位于陕西省安康市辖区汉江右岸大巴山低山区，平均海拔410～960m，洞身地表起伏较大，地表自然坡度30°～50°，地表植被茂密，洞身发育众多冲沟，沟内主要为粉质黏土及膨胀土。隧道起始里程为XDK232+880，属大岭铺至安康东联络线，为两个喇叭口隧道，上行直通线(右线)隧道出口里程为XDyK236+717，下行货车线隧道出口里程为XHK236+950。

　　隧道为1双线3单线结构，洞内分为直通线(双线)、下行货车线(单线)、下行客车线(预留单线)——左线、上行直通线(单线)——右线。双线长2145m，变断面段长435m，单线长3099m，斜井长201m，隧道全长5679m。其中,第1个喇叭口断面由双线经过6次断面加宽转换为2个单线断面;第2个喇叭口断面由单线经过3次断面加宽转换为2个单线断面。

　　1.2工程地质条件

　　隧道地层为第四系全新统洪积膨胀土，坡积粉质黏土、细角砾土、上更新统冲积粉质黏土、膨胀土、粉土、粗圆砾土、中更新统冲积膨胀土;下伏基岩为志留系下统片岩，紧邻南秦岭活动带，正处秦岭峰腰构造南端，呈近东西向分布。受多次构造活动的影响，其内部组成与构造变形十分复杂。隧道区的地下水主要为基岩裂隙水，赋存于岩体节理、裂隙及断层破碎带中，富水性差异较大，在岩体较完整地段，富水性较差;在岩体破碎带、节理密集及断层破碎带，富水性较好。

　　2工程重难点

　　1)分岔隧道小净距内涉及分离段、小净距段、连拱段和大拱段，隧道结构受力复杂、工序转换频繁导致分岔隧道各接头处施工难度大。2)连拱隧道施工工艺复杂，施工技术要求高，易造成隧道开裂现象，施工质量要求高。3)隧道断面从114.03m2逐渐过渡到201.28m2，涌水大断面喇叭口支护难度大。

　　3施工技术要点

　　3.1施工工艺流程

　　第1个喇叭口断面由双线经过6次断面加宽转换为2个单线断面;第2个喇叭口断面由单线经过3次断面加宽转变为2个单线断面。斜井施工完毕进入第2个喇叭口，进行交叉口第一次洞室转换后双向进行正洞施工。大里程端变断面施工完毕，在两单线间采用中导洞、浇筑中隔墙法施工，完成下行客车线和下行货车线38m的小净距段施工，小净距最窄处为0.84m，最宽处为3.6m。

　　小里程单线施工至第一个喇叭口处，采用临时导洞法，从单、双交界处斜交10%的坡度，完成单线至大跨段正洞的挑顶工作，使单线进入双线正常断面，随后反向扩挖完成单线斜交进入双线断面段落的正洞扩挖工作。最后采用控爆完成上行直通线与下行直通线120m的小净距段施工。

　　3.2开挖施工

　　3.2.1开挖方法的确定

　　隧道施工过程为在地层中进行隧道开挖→对开挖空间进行支护→衬砌以维持开挖面的稳定→浇筑永久衬砌结构。新奥法作为目前常见的隧道施工方法，根据开挖断面尺寸划分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法3种施工方法。

　　4加宽断面受力及变形分析

　　断面加宽处断面面积突然增大，施工对围岩的扰动区域增大，应力释放过程加快，释放的围岩压力增加，导致围岩累计变形量增大，衬砌受力增大，即断面加宽处为危险截面。通过有限元软件MIDAS/NX建立有限元二维模型，模拟分析加宽断面开挖时的隧道围岩变形、衬砌结构应力分布。以典型断面XDK235+220和XDzK235+788断面为例分析洞室开挖过程中隧道围岩和衬砌结构的内力变形状态。

　　隧道论文投稿刊物：《隧道建设》杂志是隧道及地下工程领域实践性很强的技术类科技期刊。1981年创刊，由中铁隧道集团主管，中铁隧道集团科研所主办，为国内外公开发行刊物，国际统一刊号ISSN 1672-741X，国内统一刊号CN 41-1355/U，自2013年改为月刊。

　　5结语

　　1)以阳安二线直通线包湾村隧道工程为背景，根据工程地质水文等条件，分析全断面法、分步开挖法和台阶开挖法对大跨分岔式隧道的适应性，最终确定了三台阶开挖的隧道开挖方案，并对三台阶开挖方案进行了详细介绍，可为类似工程提供参考。

　　2)通过对加宽断面处数值模拟，分析了加宽断面开挖时的隧道围岩变形、衬砌结构应力分布，同时结合实践发现：断面加宽处断面面积突然增大，施工对围岩的扰动区域增大，应力释放过程加快，释放的围岩压力增加，围岩累计变形量增大，衬砌受力增大;采用合理的断边渐变结构、超大断面的合理分块、保留临时支撑施作二次衬砌等技术是保持隧道稳定性的有效措施。

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　　作者：黄国涛

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