既有单洞隧道改扩建为连拱隧道的施工方法 【技术领域】
本发明涉及一种既有单洞隧道改扩建为连拱隧道的施工方法。主要适用于公路交通工程和市政交通工程。
背景技术
随着我国国民经济的飞速发展，交通量在日益增大，部分既有道路已不能适应交通运输的要求，需要进行相应的改扩建才能达到相应的服务水平。在经济发达地区，这些问题已日益突出，如沈大高速公路、沪杭高速公路的改扩建等。公路、市政基础设施的持续进行，隧道工程得到了快速发展，隧道由单洞双向行驶发展到双洞上下行分离。不论城市道路的改造还是各等级公路的扩建，对于隧道而言，作为公路的一部分，同样遇到了改扩建问题。隧道不同于地面结构，因此对于已建隧道的改扩建方案应结合工程的具体条件综合论证，寻求最合理的改扩建方式。
在中西部山岭重丘区高等级公路隧道或城市主干道单洞隧道改扩建中，修建方案选择经常会受到各种因素的制约。根据隧道两端接线条件不同，一般存在三种可以选择的工程方案：分离式隧道、小净距隧道和连拱隧道方案。相比分离式隧道、小净距隧道方案，连拱隧道方案施工技术复杂、施工难度大且风险难以控制。隧道改扩建工程因技术复杂、施工难度大，国内类似工程相对较少。目前国内针对隧道改扩建的设计施工技术研究较少，主要只停留在某单个工程施工技术分析的层面上。特别是单洞隧道改扩建为连拱隧道的工程领域几乎是空白。然而随着交通量的剧增，国内多数城市隧道特别是一些修建年代久远的单洞隧道都面临着改扩建的问题，单洞隧道改扩建为连拱隧道是今后建设发展的一个重要方向。因此，成功摸索一套既有单洞隧道改扩建为连拱隧道的关键修建技术显得非常迫切。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是：针对现有隧道改扩建存在的问题提供一种既有单洞隧道改扩建为连拱隧道的施工方法，采用“中导洞+既有隧道+右洞”三导坑的修建方案，增加施工面，以达到减小开挖面和扰动围岩范围，提高施工安全性的目的。
本发明所采用的技术方案是：既有单洞隧道改扩建为连拱隧道的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
1.1在既有单洞隧道一侧施作与之平行的中导洞，完成支护后施作中隔墙，然后利用既有单洞隧道和中导洞对连拱隧道整体施作管棚超前预支护；
1.2左洞施工，中导洞施工完成后，拆除既有单洞隧道的二次衬砌，然后对围岩进行分区分序开挖，拆除中导洞临时支护，使其与中导洞连通，并及时支护；
1.3右洞施工，左洞开挖至一定进尺后，在中导洞另一侧分区分序开挖右洞，拆除中导洞临时支护，使其与中导洞连通，并及时支护。
中导洞施工步骤如下：
2.1利用小导管配合钢支撑对中导洞进行超前支护，保证中导洞开挖的安全和结构稳定；
2.2对中导洞洞身进行开挖并及时施作锚喷支护；
2.3在中导洞内沿其轴线施作钢筋混凝土中隔墙，然后在中隔墙远离既有单洞隧道一侧采用片石回填并施作临时钢横撑。
左洞施工步骤如下：
3.1采用控制爆破对既有单洞隧道的二次衬砌进行拆除，拆除循环进尺为1.5-3m；
3.2当二次衬砌拆除进尺达到两倍单洞洞径时(此处单洞洞径为新建隧道的单洞洞径，另外，后面所述单洞洞径均为新建隧道的单洞洞径)，对左洞上半断面围岩进行开挖，并及时进行初期支护；
3.3对左洞下半断面围岩进行开挖，并及时施作仰拱，使左洞初期支护能及时封闭；
3.4当左洞下半断面围岩开挖进尺达到一倍单洞洞径时，进行左洞二次衬砌施作。右洞施工步骤如下：
4.1采用大棚管和钢拱架对右导洞进行超前支护，当二次衬砌拆除进尺达到四倍单洞洞径后，然后对右导洞进行开挖，并及时进行初期支护；
4.2当右导洞开挖进尺达到两倍单洞洞径时，对右洞上半断面拱部围岩进行开挖，并及时进行初期支护；
4.3当右洞上半断面拱部围岩开挖进尺达到一倍单洞洞径时，对右洞上半断面核心土进行开挖；
4.4当核心土开挖进尺达到一倍单洞洞径时，对右洞下半断面围岩进行开挖，并及时施作仰拱，封闭整个断面；
4.5当右洞下半断面围岩开挖进尺达到一倍单洞洞径时，施作右洞拱墙二次衬砌。
所述中导洞与既有隧道之间相隔的最小厚度为1.6-1.8m，此厚度包括中导洞与既有隧道之间岩体以及既有单洞隧道二次衬砌的厚度。
本发明的有益效果是：本发明提出在既有单洞隧道原位上零距离改扩建连拱隧道的设计理论，充分利用既有隧道，采用“中导洞+既有隧道+右洞”三导坑的修建方案，即将大洞室分解为若干小洞室，大洞小作，以小代大，增加了施工工作面，提高了施工效率和施工安全性；中导洞的超前开挖起到了超前地质预报作用，对部分地下水进行疏排，改良了开挖条件；在软弱围岩和地质条件较差的条件下，开挖面小，扰动围岩范围小，大大降低了发生岩爆的风险；初期支护和二次衬砌封闭及时，有利于施工和工程安全；拱顶和基脚的沉降较小，结构刚度较大，整体安全性和牢固度高。
【附图说明】
图1是本发明的剖面图。
【具体实施方式】
如图1所示，本实施例考虑以单洞双向两车道隧道扩建为双向四车道的连拱隧道为背景。既有单洞隧道34净宽约9m，净高约5.5m，建筑限界高度约3m。根据相关规范及技术标准，既有单洞隧道34的净空限界无法满足要求，亟需进行改扩建。受隧道两端接线条件所限，拟定修建方案时确定尽量充分利用既有单洞隧道。设计从安全性、经济性、工期等方面进行反复论证，提出了“施作中导洞+结合既有单洞隧道+施作右洞”三导坑的修建方案。新建连拱隧道平面布置基本与既有单洞隧道34平行，且两者线路中心线间距控制在7.8～8.95m。本实施例的工艺特点是先进行中导洞31的开挖和支护，在中导洞31贯通和中隔墙4施作完工后，进行左右洞32、33前后错开开挖和初期支护，中导洞31超前是为了提供中隔墙4连拱交点的支撑。具体施工过程包括以下步骤：
1.1在既有单洞隧道34一侧施作与之平行且宽度为6m的中导洞31(本例中，中导洞与既有隧道间岩柱最小厚度约1.7m左右，该厚度包含既有隧道二衬的厚度)，完成支护后施作中隔墙4，然后利用既有单洞隧道34和中导洞31对连拱隧道整体施作管棚超前预支护6，保证隧道进洞开挖的安全，使围岩整体稳定性不受到过大的扰动；本例中，超前预支护6与连拱隧道轴线之间的仰角度数为15-30度。
1.2左洞32施工，中导洞31施工完成后，拆除既有单洞隧道34的二次衬砌7，然后对围岩进行分区分序开挖，拆除中导洞临时支护，使其与中导洞31连通，并及时支护。
1.3右洞33施工，左洞32开挖至一定进尺后，在中导洞31另一侧分区分序开挖右洞33，拆除中导洞临时支护，使其与中导洞31连通，并及时支护。
中导洞31开挖时须封闭交通，并加强对既有单洞隧道34的监控量测，必要时采用钢支撑对其进行加固，其施工步骤如下：
2.1利用大管棚配合钢支撑对中导洞31进行超前支护，保证中导洞31开挖的安全和结构稳定；
2.2对中导洞31洞身进行开挖并及时施作锚喷支护3；
2.3在中导洞31内沿其轴线施作钢筋混凝土中隔墙4，然后在中隔墙4远离既有单洞隧道34一侧采用片石回填并施作临时钢横撑2，以平衡左洞32开挖时中导洞31右侧产生的偏压，保证中隔墙4的整体稳定。
中导洞31施工完成后，对连拱隧道整体施作管棚超前预支护6，然后进行左洞32地施工：
3.1采用控制爆破对既有单洞隧道34的二次衬砌7进行拆除，拆除循环进尺为1.5-3m，可根据现场情况进行适当的调整，III级围岩时，拆除进尺为3m，IV级围岩时，拆除进尺为1.5m；主洞初期支护须紧跟既有单洞隧道34的二次衬砌7拆除工作面施作，即既有单洞隧道34的二次衬砌7拆除后，随着隧道开挖初期支护要尽快跟上。
3.2当二次衬砌7拆除进尺达到两倍单洞洞径(此处所指单洞洞径均为新建隧道的单洞洞径，另外，后面所述单洞洞径均为新建隧道的单洞洞径)时，对左洞32上半断面围岩8进行开挖，并及时进行初期支护；
3.3对左洞32下半断面围岩10进行开挖，并及时施作仰拱11，使左洞32初期支护能及时封闭，有利于施工和工程安全；
3.4当左洞32下半断面围岩10开挖进尺达到一倍单洞洞径时，进行左洞二次衬砌12施作，二次衬砌不仅仅是结构上的安全贮备，还要对结构安全起承载部分负荷作用，因此二次衬砌的及时封闭也有利于工程施工的安全。
最后进行右洞33施工，其步骤如下：
4.1在右洞33右侧划出部分作为右导洞14，并采用大棚管和钢拱架对右导洞14进行超前支护，保证右导洞14施工的安全，当二次衬砌7拆除进尺达到四倍单洞洞径后，对右导洞14进行开挖，并及时对开挖面进行初期支护，以尽早封闭右导洞14，保证围岩结构稳定；
4.2当右导洞14开挖进尺达到两倍单洞洞径时，对右洞上半断面拱部围岩16进行开挖，并及时进行初期支护，保证结构稳定，为预留核心土18的开挖创造良好的施工条件；
4.3当右洞上半断面拱部围岩16开挖进尺达到一倍单洞洞径时，对右洞上半断面核心土18进行开挖；
4.4当核心土18开挖进尺达到一倍单洞洞径时，对右洞下半断面围岩19进行开挖，并及时施作仰拱20，以尽早封闭整个断面，有利于施工和工程的安全；
4.5当右洞下半断面围岩19开挖进尺达到一倍单洞洞径时，施作右洞拱墙二次衬砌21。
施工中应严格遵循“管超前，严注浆，弱爆破，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”的基本原则；为保证施工安全和结构稳定，隧道开挖时须采用控制爆破，并要求各施工步骤中的二次衬砌紧跟工作面施作；同时，主洞(包括左洞和右洞)开挖时，应在中隔墙4与主洞间设置回填物等作为缓冲层，尽量减少爆破产生的冲击荷载对中隔墙4的影响。