桂钟高速公路门口山连拱隧道关键施工技术分析

摘要：论文结合桂林至钟山高速公路门口山隧道工程，介绍了连拱隧道关键施工技术。首先进行洞口预处理，建立排水系统并进行边坡保护。随后开挖中导洞并进行隔墙施工，形成隧道核心支撑结构。主洞开挖阶段采用分台阶法进行左右洞的施工，以确保对称性和稳定性。在完成初期支护后，铺设防水设施，并进行二次衬砌，确保结构强度及防水性能。最后，施工附属设施并进行装饰，完成后进行贯通复核和质量验收。本工程的施工技术方法可为类似工程提供参考。

关键词：高速公路；连拱隧道；施工技术

1工程概况

桂林至钟山高速公路门口山隧道进出口位于兴坪镇的山背洞村。隧道设计为连拱隧道，左洞 ZK56+507.5-ZK56+659.5，长 152m，进出口洞门均为端墙式；右洞 YK56+475-YK56+627，长 152m，进出口洞门均为端墙式；隧道最大埋深 79.6m。门口山隧区位于南岭山地西南部，地貌类型属岩溶峰林谷地地貌。隧区基岩大部出露，地表植被发育一般。门口山隧区覆盖层为残坡积层（Q4el+dl）黏土，下伏基岩为泥盆系东岗岭组（D2d）白云质灰岩。

2边仰坡开挖及防护

为确保隧道施工安全，采取了多项防护措施，包括在洞口边和仰坡实施锚杆打设、钢筋网片挂设及喷射混凝土护坡。隧道位于南岭山地西南部，洞口地形陡峭，有利于雨水排泄，但需防范暴雨引发的地表流对边坡和围岩的冲刷。因此，施工期间应采取有效的排水措施。边坡开挖采用挖机作业，钻孔则使用TY-28钻机，钻头直径为φ50，网片采用焊接形式，喷锚则采用湿喷机械进行。

3洞口大管棚施工

 超前大管棚施工采用Φ108*6mm热轧无缝钢尖管，前端为20cm长的尖锥形，注浆孔间距为15cm，孔径Φ15mm，尾部3m不打孔。注浆使用水泥液浆，并添加5%水玻璃，参数需通过现场试验确定。注浆标准要求压力逐步升高至设计终压并维持10分钟，进浆量为20-30L/min。为确保钻孔精准，施工前在洞口设置套拱，套拱先行浇筑，后进行大管棚施工，并配合使用钢拱架。套拱位于明暗分界线以外，紧贴掌子面，采用C30混凝土，内设I20b钢架并预埋导向管，墙体纵向2m，高0.85m，基础宽1.35m，高1m（套拱及管棚横断面图见图1）。

图1 套拱及管棚横断面图

3.1套拱施工

  在施工过程中，利用全站仪和水准仪精确放置洞口套拱及大管棚的位置。当隧道明洞开挖至暗挖段的拱顶高度时，采取人工与机械相结合的方式，预留核心土至套拱基底，并清除基底浮土，随后用C15混凝土进行基础施工。为了便于大管棚的施工，垂直下挖至拱顶下方1.5米处保留核心土作为施工平台，同时确保洞口仰坡的稳定。核心土按照每2米设置一级平台，横向宽度为1米，边坡坡率为1:0.5；纵向设置的核心土平台宽度为4米，坡度为1:2。

架设钢架时，在套拱内部设置了三榀I20b钢架，并通过Φ22mm的钢筋进行焊接连接，确保结构稳定。然后，按照设计要求，安装Φ146mm的导向管，并确保其与钢架焊接成一体，导向管的定位需借助全站仪进行精确测量，以保证后续施工的准确性。接着，采用挂模施工法进行内外模的支设，加固后确保套拱结构的尺寸稳定。最后，在砼浇筑前，需对模板支撑体系进行加固检查，确保导向管稳固，并在浇筑前封堵管口，以防止混凝土流入管中。

3.2超前大管棚施工

   本项目采用Φ108mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管，设计长度为28m，内部设有Φ22主筋的钢筋笼，固定环使用Φ42、壁厚4mm的钢管，环节长4cm并焊接于主筋上。管距设置为40cm，外插角控制在1°-3°之间。同一环管棚内接头需错开至少1m，管棚分节长度为3m和6m。孔位编号从一侧开始，单号孔位施工完成后进行注浆，再进行双号孔位施工，施工顺序由高到低孔位对称进行。按管棚编号先施工奇数位管棚，注浆完成后，再施工偶数位管棚并注浆。管棚施工工艺流程见图2。

图2超前大管棚施工工艺流程

在钻机平台搭建过程中，确保稳固基础至关重要，以防止施钻时出现不均匀沉降和位移，从而影响钻孔质量。钻机需精确定位，钻孔时选择合金钻头，且应根据岩质情况调整钻进策略。清孔时需使用岩芯钻杆，管棚钢管的安装采用顶进式工艺，并确保连接稳固。在管棚施工中，首先在钢管内安装钢筋笼，然后进行注浆作业，注浆前需封堵空隙并焊接堵浆塞，遵循自下而上的注浆顺序，并确保排气通道畅通。注浆液为水泥液浆，添加水玻璃以增强强度，具体配比需通过试验确认。

4中导洞施工

4.1  V级围岩开挖

施工流程包括测量、钻孔、超前支护、注浆、开挖、锚杆支护、钢拱架安装、喷砼及清渣等步骤。首先，根据设计图纸进行测量并确定小导管的位置。采用钻孔打入法进行钻孔，钻孔直径需大于钢管直径3-5mm，并用高压风清理孔内砂石。超前支护使用φ42的小导管，注浆时需确保管身设有压浆孔并正确搭接。开挖主要采用人工风镐，辅以钻爆法，确保开挖进尺和炮孔位置精确，以保证施工安全和效果。

锚杆孔的开孔需遵循施工图纸，孔轴应垂直于开挖面，孔深小于3米时采用先注后插工艺，大于3米时则为先插后注。在锚孔钻完后，要进行气清孔，并检查孔的平直度，合格后再安装锚杆及相关配件。注浆时需控制水灰比及注浆压力，确保浆液充满孔体。钢筋拱架的安装采用工字钢支护，连接钢筋与钢架焊接牢固，安装时需保证连接紧密无缝隙。此外，开挖过程中产生的废渣需通过运输车运至指定填筑地点。

4.2 IV级围岩

施工流程包括测量放样、钻孔、超前支护小导管的安装、注浆、主要采用钻爆法进行开挖，辅以人工风镐，锚杆支护以及喷砼和清理渣土。首先，依据图纸确定小导管的位置，采用钻孔打入法进行施工，确保小导管的插入深度和砂石清理。IV级围岩的超前支护使用特定规格的小导管，并在开挖前进行注浆。开挖过程中，根据围岩情况选择合适的开挖方法，确保孔位精确，爆破安全。在遇到V级围岩时，则采用人工风镐辅助开挖，最后进行药卷锚杆支护以增强结构稳定性。

锚杆孔需垂直于开挖面，药卷锚杆长250cm，环向间距为35cm。施工时需进行钻孔清理，并采用气动或电动工具进行搅拌安装。钢筋拱架采用I16工字钢支护，间距为0.8m，连接钢筋应牢固焊接。开挖过程中产生的废渣需及时运输至填筑地点。此外，开挖应确保设备能顺利作业，并对围岩情况进行详细记录与分析，以提供准确的地质预报。

4.3中隔墙施工

中隔墙在施工过程中主要承受竖向压应力，其受力情况经历了从轴线受压到偏心受压，再回归轴线受压的变化。施工阶段需特别关注中隔墙的抗倾覆和抗开裂问题。中导洞贯通后，应迅速开展中隔墙施工，以便于人员和设备操作，减少交叉干扰。本隧道采用自进口向出口的倒退式施工方法，以确保中隔墙混凝土达到设计强度后能够迅速启动主洞的开挖，从而缩短工期。中隔墙施工流程包括测量放线、清理基底、找平、钢筋绑扎、立模板、混凝土灌注及拱顶回填等环节。   

按照图纸测量出中隔墙的具体位置，清理中导洞基底虚渣，保证地基稳定。中隔墙钢筋净保护层为42.5mm, 主洞初期支护钢拱架拱脚板与预埋钢板采用焊接连接，焊缝高度为10mm,要保证焊缝饱满，无残渣。

在施工过程中，钢筋材料根据设计图纸进行切割并运输至现场，随后进行绑扎作业。首先，在中隔墙位置焊接φ25的环向筋，间距为20厘米；接着绑扎纵向筋φ14，间隔25厘米，并采用焊接连接。最后，焊接φ10的拉结筋，间距为20×50厘米。此外，预埋钢板的尺寸为36cm×36cm×1.6cm，埋深30厘米，并与初支钢拱架保持相同的间距，通过φ14的锚固钢筋与中隔墙钢筋固定连接（ IV 级围岩中隔墙配筋图见图3）。     

图3 IV 级围岩中隔墙配筋图

4.4中隔墙回填

由于隧道中导洞洞口较小，采用机械回填的方法，无法回填密实，达不到效果；采用人工回填的方法费时费工；因此采用I14工字钢横支撑的办法进行中隔墙支撑，减小一侧开挖对中隔墙的影响。工字钢与中隔墙接触部位使用橡胶垫进行阻隔，避免工字钢破坏中隔墙墙体，工字钢支撑纵向间距100cm 。

5洞身开挖

施工采用新奥法，实施钻爆法和无轨运输，强调地质超前预报和支护措施，确保各工序紧密衔接，围岩等级不同的区域需采取相应的开挖和支护策略。安全步距需严格控制，二次衬砌施工应在围岩变形稳定后及时进行，确保在规定的距离内完成。

台阶法施工时，每次开挖进尺应控制在不超过2榀钢架间距，完成台阶后需及时喷射混凝土封闭，并设立钢架和锚杆；应尽早施作仰拱和填充混凝土，确保围岩安全；根据围岩情况，适时进行二次衬砌；在围岩较差的情况下，要立即采取措施控制变形；二台阶开挖时采用左右交错的方法，避免同时悬空；下部开挖后需及时喷射混凝土，仰拱进尺不超过3米。

6初支施工

6.1初支施工工艺

初支施工流程图见图4。

图4 初支施工流程图

6.2超前小导管

首先，通过红油漆标出钻孔位置，并采用风钻进行成孔，确保孔位直顺，钻孔深度和直径符合设计要求。然后，采用Φ42*4mm的热扎无缝钢管进行加工，前端尖锥，尾部加劲，设置交错注浆孔。接着，利用锤机或钻机将钢管顶入围岩，确保顶入长度达到要求，并用高压风清理管内岩渣。完成顶管后，安装钢拱架并焊接导管。随后，在注浆前进行压水试验以检查管路和工作面的渗漏情况。最后，根据地下水情况选择不同的注浆材料和压力进行注浆，确保注浆过程顺利进行（超前小导管注浆示施工意见图5）。

图5 超前小导管注浆示施工意图  

6.3中空注浆锚杆

在锚杆施工过程中，侧墙及拱腰部位采用气腿式凿岩机进行钻孔，而拱腰以上及拱部位则使用锚杆机或钻孔台车。钻孔前需根据岩层特征进行标记，确保锚杆的方向、深度和间距，孔位允许偏差为±150mm，孔深不得小于锚杆有效长度，直径需大于锚杆直径15mm，且钻孔应尽量与开挖面垂直。完成钻孔后，需清理孔内岩屑，并检查深度。锚杆安装时，将锚头与杆体组合后送入孔内，止浆塞需与孔口齐平。注浆时使用1:1的水泥砂浆，确保注浆压力维持在0.7MPa，直至浆液注满孔体并排气口出浆后方可停止。待水泥强度达到5MPa后，安装垫板并拧紧螺母。

6.4钢筋网

钢筋网采用Φ8的HPB300级钢筋，间距为20×20cm，交点处通过点焊固定。网的铺设遵循被支护岩面的实际起伏，保持约3cm的间隙，并通过点焊将网片与锚杆和其他网片连接，以确保喷射时的稳定性。钢筋网在加工厂预先制作，现场再焊接成整体，安装时需牢固固定，确保与岩面和喷混凝土的钢筋网搭接紧密，搭接长度不小于30倍钢筋直径，网格尺寸误差控制在±10mm以内，以避免在喷射混凝土过程中出现晃动。

6.4钢拱架安装

钢拱架在洞外加工棚内按照设计尺寸分节制作，标明安装位置，并预留焊接和加工余量。安装阶段应在初喷砼后进行，确保与定位筋和锚杆连接，并检查开挖断面及高程。拱脚需安放在稳固基础上，并进行必要的填充和支撑，以确保稳定性。连接方面，钢拱架采用双面焊接，焊缝需符合规定标准，并通过螺栓进行连接，此外还需设置连接钢筋以增强整体稳定性。

6.6 喷射砼

在喷射作业中，湿喷砼采用拌合站制备并通过搅拌车运输至喷射点，确保坍落度控制在80～120mm，以提升质量。施工前需检查开挖断面、清理岩面、处理渗水等，并确保设备正常运转和良好通风。喷混施工中，需在料斗上安装振动筛，喷射前清洗岩面并设定喷层厚度标志。喷射过程中，需调整风压以控制喷射机工作压力，保持喷嘴与岩面的适当距离，并按照规定顺序进行喷射，以确保混凝土填充密实，提高施工效率与质量。

7防排水

隧道防排水遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，形成完整的防排水体系，保证结构的正常使用和行车安全。隧道防排水施工应对地表水、地下水妥善处理，形成一个完善通畅的防排水系统。

8仰拱及二衬施工

在隧道仰拱及填充施工中，首先需清理施工段的底渣，检查隧底的平整度和标高，确保基层坚实且无水。随后铺设土工布和防水层，并进行钢筋绑扎，确保保护层厚度和钢筋搭接要求。完成钢筋绑扎后，定位并浇筑仰拱混凝土，要求一次性浇筑全断面。24小时后，再进行填充混凝土的浇筑，需检查排水设施是否符合设计要求，并使用插入式振捣棒进行捣固。

二次衬砌均采用C35钢筋混凝土。衬砌与初期支护之间防水层采用HDPE自粘防水胶膜+无纺土工布。隧道二次衬砌采用仰拱先行，仰拱作业采用防干扰平台，保证隧道流水作业。二次衬砌时间根据监控量测适时施作，最大发挥初期支护的承载能力。混凝土采用洞外拌和站集中拌和，洞内衬砌采用衬砌台车立模，混凝土输送车泵泵送入模，插入式与附着式振动器振捣。

在隧道建设的附属及装饰工程阶段，完成二次衬砌后，依次施工排水沟、电缆槽和设备洞室等附属设施，最后进行拱部面漆和边墙瓷砖的装饰，以提升整体效果。随后，在主体及附属工程全部完成后，进行隧道贯通复核和质量检测，以确保工程符合设计及规范要求。

9结语

连拱隧道以其结构复杂、占地少、空间利用率高的优势，成为现代隧道工程的重要选择。在施工过程中，施工人员必须高度重视施工工艺，通过科学的地质勘察，准确掌握地层情况，为基础施工提供可靠依据。在基础施工完成后，连拱结构的施工成为关键环节，需要合理设计支护方案，确保结构稳定与安全。通过优化施工流程和加强技术管理，是实现连拱隧道高效建设的核心，为城市建设和交通网络提供坚实保障。

参考文献：

[1] 破碎围岩大跨偏压连拱隧道施工方案比选及支护优化研究[J]. 帅建国;张巧明;杨一凡;杨果林;邱明明.施工技术(中英文),2023(12)

[2] 薄壁连拱隧道后行洞不同爆破开挖工法对先行洞影响对比分析[J]. 何俊;王安民;钱伊默;彭维圆;王少飞.四川建筑,2023(02)

[3] 复杂条件下超浅埋超大断面双连拱隧道施工变形控制技术研究[J]. 史瑞泽.中国高新科技,2023(04)

[4] 基于台阶法+CRD法的无中导连拱隧道纵向开挖间距研究[J]. 白宏达;张伟;王安民;王少飞;喻佳.公路交通科技,2023(02)

[5] 基于主筋轴力长期监测的连拱隧道浅埋段中隔墙受力特性研究[J]. 杨琴;黄培东;刘勇.四川水泥,2023(01)

[6] 超大跨度四连拱市政公路隧道施工组织研究——以长沙观音岩隧道为例[J]. 王革新.工程技术研究,2022(12)