一种通过地下纵横通道暗挖进洞九车道双连拱施工方法
技术领域
本发明涉及一种通过地下纵横通道暗挖进洞“九车道”双连拱施工方法，属于超大断面双连拱隧道施工领域。
背景技术
随着沿海地区的进一步发展，人口越来越密集，城市拥堵，尤其是岛屿型城市岛内外交通仅有跨海大桥，交通压力大，受灾害性天气影响较大。因此，修建岛内外海底隧道，连通岛内城市道路枢纽与岛外交通，对于保证行车安全、缩短车程、避免灾害等具有明显的优势，然而城区地下大断面公路隧道及互通等受平面位置的限制、线型展线、两端接线、中夹岩柱厚度等的限制，无法做到分离式或小净距隧道；除此之外，明挖法对周边环境、交通影响较大，明挖控爆是难点，外部因素对施工干扰大。故优先选择连拱隧道形式，以满足上、下行隧道分离、两端接线难度小、占地少、对环境保护及周边环境的影响小。
某海底隧道陆域段下穿城市主干道，由小净距隧道、双连拱隧道(超浅埋、超大断面-九车道、变截面、不对称)、深基坑明挖地下互通段(带匝道)组成，因地处中间标段，无法实现双连拱“零开挖”进洞，原有设计方案为结合交通导改、明挖段南北分幅施作，在明挖基坑开挖至一定标高后，进行双连拱右线及中导洞拱套拱进洞施工；因明挖段受交通导改、管线迁改、大量围护桩桩基入岩、爆破开挖等的影响，工期较长；如果等明挖段完成围护结构，开挖至一定标高后，进行双连拱进洞施工，且利用明挖段垂直提碴运输，工效低、工期难以保证，将会影响整个项目的进展；如何能实现双连拱进洞施工与明挖段围护结构施工同步进行，且又能实现双连拱开挖水平运输，以提高工效，同时“九车道”超大断面双连拱隧道下穿城市主干道施工，可参考的国内外工程案例较少，值得我们进一步的深入研究。
传统的双连拱隧道为“零开挖”进洞、两端设工作井进洞、地下互通分叉大断面处由单侧渐变扩大断面→双连拱段开挖→小净距段的转换。
常规的双连拱一般采用“三导洞”法开挖，后退式回筑连拱隧道中隔墙及侧墙，完成后再进行主洞开挖进洞施工，施工周期较长。
“九车道”超大断面双连拱隧道下穿城市主干道施工，可参考的国内外工程案例较少。
现有技术方案进洞方式为，“零开挖”进洞、工作井进洞，因双连拱段与深基坑明挖段衔接，零开挖进洞难以实现；设置工作井进洞，施工周期较长，且垂直提碴工序较低、施工成本高，明挖段又与交通导改穿插在一起，只能半幅施工，先南后北，故设置工作井，只能设置一半，供给双连拱右线各导洞及中导洞进洞需要，左线需待交通回迁至南侧后，再进行另一半工作井施工，双连拱左线各导洞进洞施工，垂直运输各导洞干扰大、工效低、组织难度大，直至南侧明挖段开挖到底，底板施工完成后，方可从匝道内进入明挖段底板，形成双连拱水平运输通道，施工周期较长，从而影响制约着整个项目的进展。
施工工序：“三导洞”法开挖，直进开挖、直退回筑结构，工序转换多，施工周期较长，结合本工程的特殊施工环境，采用常规双连拱进洞方式，左线不具备与右线同时进洞，难以确保三导洞同时施工，无法提前穿过双连拱段，进入双侧壁段施工，难以缩短工期，确保项目早日贯通。
发明内容
本发明的目的在于在九车道双连拱施工过程中实现双连拱暗挖进洞，与明挖段同步施作，缩短工期。寻找双连拱暗挖进洞施工水平运输通道，提高施工工效；优化中导洞施工工艺，实现中导洞开挖与中隔墙衬砌同步施作，为后续大洞同步施工创造条件；通过双连拱右线外侧壁，作为先行导洞，提前施工至双侧壁段，增开工作面，解决总体工期问题。
1、利用既有斜井→C匝道施工至明挖段地下互通交叉口处，开挖临时纵向通道(与明挖段同步施作)下穿明挖基坑至双连拱端部、增开横通道，在通道内按照“由近及远、由高到低”的原则，实现了超大断面双连拱隧道化大为小，分层、分部、分导洞暗挖进洞。
2、利用连拱隧道右线外侧壁作为先行导洞，不断增开横向通道至中导洞，为中导开挖、中隔墙衬砌同步施工创造条件，同时提前开挖至双侧壁段，增开工作面，缩短施工工期。
3、采用“中导洞+双侧壁”开挖工法，左右线外侧壁与“三导洞”法左右导洞合并，简化施工组织，节约工期。
4、双连拱暗挖进洞各个导洞开挖顺序和洞身段开挖顺序是技术关键。
5、“明暗衔接”纵横通道“暗挖”进洞关键技术与“暗暗相连”出洞稳定性控制。
6、双层初支施作时机和工艺，双层工字钢支护、外侧壁先行落底、仰拱“半封闭”技术，有效控制了施工沉降变形；并且设置地下纵横通道实现双连拱隧道暗挖进洞。
本发明采用的技术方案为一种通过地下纵横通道暗挖进洞九车道双连拱施工方法，该方法包括如下步骤：
S1双连拱暗挖施工由斜井进入C匝道至明挖段分叉处，通过5#临时纵向通道下穿深基坑明挖段至双连拱端部，增开2#横通道；
S2在2#横通道分台阶开挖一定步距后，施做双连拱右线洞口大管棚，依次开始1#洞、2#洞双层支护施工，初支加强层并与第一层初支施作协同；
S3将1#洞作为主运输通道超前施工，沿斜向下开挖3-1#横通道至0#洞内，增开0#洞开挖面及反向落底施工，并施做洞口段中隔墙，而后开挖3#洞，依次适时打开4#、5#、6#洞口段，4#洞与3#洞对称开挖施工，以消除0#洞中隔墙偏压；
S4将3#洞超前2#洞一定步距后，遵照双侧壁开挖工法，左右导坑先行，中导坑滞后施工，并依次进行4#、6#、5#洞身段施工。
S5将1#洞继续超前开挖施工，开挖3-2#横通道，迎接0#洞开挖，同时增开开挖面，为后续中隔墙施工提供运输通道；
S6将2#洞开挖超前3-1#通道后，开始1#洞边墙、仰拱初支及3#洞仰拱初支施工，待封闭成环后，拆除临时支撑，依次施工三衬仰拱及回填、三衬拱部衬砌、及附属结构；
S7当1#洞开挖至双连拱与双侧壁交界处时，增开4#横通道迎接双连拱出洞和双侧壁段进洞施工；
S1中的2#横通道按照“由近及远、从上到下”的原则分台阶、分导洞依次展开2#通道和双连拱施工。
与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：
1、通过设置地下临时纵横通道，实现了双连拱暗挖进洞施工，形成水平运输通道，提高了施工工效，且与明挖段同步施作，缩短工期。
2、通过双连拱右线外侧壁，作为先行导洞，增开3-1、3-2横通道，实现了中导洞(0#洞)开挖、中隔墙衬砌同步施工，为后续3#洞、4#洞落底施工创造条件，同时通过右线外侧壁，提前施工至双侧壁段，开挖4#通道，实现了双侧壁暗挖进洞和双连拱反向开挖，迎接出洞的对接施工，解决了项目总工期问题，比原节点工期提前约10个月。
3、采用“中导洞+双侧壁”开挖工法，双层工字钢支护、外侧壁先行落底、仰拱“半封闭”技术，有效抑制了超大断面施工沉降变形。
4、采用独特的设计施工工艺，三次衬砌类型(双初支、单二衬)、复合式中隔墙设计有效消除了中隔墙接缝处渗漏水的施工风险；
5、采用纵(5#)横(2#、4#)向临时通道实现暗挖进洞、出洞、通过增设3-1#、3-2#横通道，实现了中导洞及双连拱各个导洞的快速施工，降本增效成绩显著。
附图说明
图1双连拱施工组织平面布置图。
图2双连拱隧道-变截面。
图3双连拱隧道-纵横通道暗挖进洞。
图4双连拱开挖顺序图。
具体实施方式
以复杂条件下临海超浅埋超大断面双连拱隧道施工为依托进行研究。某海底隧道陆域段下穿城市主干道，由小净距隧道、160m双连拱隧道(超浅埋(5.922～13.386m)、超大断面-九车道(总跨度45.73m、含中导洞559.05㎡)、变截面(四次)、不对称、下穿城市主干道)、深基坑明挖地下互通段(带匝道)组成，因地处中间标段，无法实现双连拱“零开挖”进洞，原有设计方案为结合交通导改、明挖段南北分幅施作，在明挖基坑开挖至一定标高后，进行双连拱右线及中导洞拱套拱进洞施工；因明挖段受交通导改、管线迁改、大量围护桩桩基入岩、爆破开挖等的影响，工期较长；如果等明挖段完成围护结构，开挖至一定标高后，进行双连拱进洞施工，且利用明挖段垂直提碴运输，工效低、工期难以保证，将会影响整个项目的进展；
经过不断技术方案研究，创新提出了针对超浅埋超大断面双连拱隧道特殊施工环境，设置地下临时纵横向通道，按照“由近及远、由高到低”的原则，实现了超大断面双连拱隧道化大为小，分层、分部、分导洞暗挖进洞，与明挖段相对独立，且同步施工，具体过程如下：
1、160m“非常规”双连拱隧道的主要特点
(1)临海
临近厦门西海域，象屿保税区软弱围岩滩涂回填区，右线靠近山体，水系补给丰富；
(2)超浅埋
隧道埋深，右线5.922～13.386m，左线6.578～12.883m；
(3)大跨度-超大断面
单洞最大开挖断面22.8m，断面249.35㎡，总开挖跨度45.73m，断面559.05㎡，开挖高度15.1m；
(4)变截面
四次变截面，与正常三车道断面相比，从SJ1→SJ4依次加宽1.5m、3.0m、4.5m、5.1m；衬砌类型按照加宽尺寸分段确定，采用突变形式，采用变截面换装台车施工三次衬砌；
(5)不对称
本段双连拱隧道线位处于地下互通的渐变段及加减速车道段，左右线各带一处匝道，因匝道出现的位置不一，故连拱隧道段左右线渐变不一，两侧断面不对称；开挖过程中也存在这着偏压，不对称现象；
(6)暗挖进洞
常规双连拱隧道为“零开挖”进洞或两端工作井进洞，本段连拱隧道因施工工期的限制，在一端明挖深基坑未到底的情况下，率先从明挖基坑下部，增开临时交通洞，到达双连拱端部，开横向通道，在通道内依次双连拱各个导洞暗挖进洞施工；
(7)下穿城市主干道
双连拱各个导洞施工期间，左线位于行车道下方，右线外侧壁-中导洞-左线均在永久行车道下方；
(8)“非常规”双连拱隧道
进洞开挖顺序：按照“由近及远、由高到低”的原则，依次开挖进洞，1#洞→2#洞→0#洞→3#洞→4#洞→5#洞→6#洞；
洞身开挖顺序：1#洞超前开挖施工，提供主运输通道，为后续0#洞反向落底开挖(0#洞标高较低，难以在2#横通道内正面落底施工)，增开工作面，同步结构施工提供条件；0#洞中隔墙衬砌施作一定距离后，坚持1#洞、3#洞先行，2#洞滞后封闭，4#洞与3#洞对称开挖施工，以消除0#洞中隔墙偏压问题；
洞身开挖段，在0#洞中隔墙浇筑完成后，严格按照双侧壁开挖步序进行，通过先行的1#洞，不断增开3-1横通道、3-2横通道，以解决0#洞不断向前开挖，施作中隔墙衬砌的交通运输问题；
(9)合理开挖顺序的优势
本段160m双连拱隧道，基岩面走向，南高北低、东高西低，南侧靠近山体，水系补给，在1#洞、0#洞先行施工后切断了南侧山体的水系补给，0#洞标高较低，掘进后起到降水疏干地层的作用，后续2#、3#、4#、5#、6#导洞掌子面开挖处于无水状态，拱顶基岩分层以上地层基本处于自稳状态；
4#洞与3#洞对称开挖，消除了中隔墙存在偏压的风险，且4#洞超前5#、6#洞，后续左线开挖时，右线在施工三次衬砌，4#洞作为左线爆破开挖临空面，消除了左线爆破开挖对右线三衬的损伤；
综合本双连拱隧道上述特点，与传统双连拱隧道相比，复合式中隔墙结构形式在防水效果上占据优势，巧妙的开挖顺序，减小了左线下穿行车道开挖的施工风险，不断增开横向施工通道，解决了运输难的问题，多点、各工序同步施工，大大缩短了施工工期，取得了可观的经济和社会效益。
2、本段连拱隧道因施工工期的限制，在一端明挖深基坑未到底的情况下，率先从明挖基坑下部，增开临时交通洞，到达双连拱端部，开横向通道，在通道内依次双连拱各个导洞暗挖进洞施工，并通过双侧壁外侧超前施工，开挖4#横通道，实现双侧壁暗挖进洞、双连拱反向开挖，迎接出洞施工，4#通道处衔接着13个导洞洞门，施工及受力极其复杂；
3、具体施工工艺如下：
(1)双连拱暗挖施工由斜井进入C匝道至明挖段分叉处，通过5#临时纵向通道下穿深基坑明挖段(率先)至双连拱端部，增开2#横通道，按照“由近及远、从上到下”的原则分台阶、分导洞依次展开2#通道和双连拱施工；
(2)在2#横通道分台阶开挖一定步距后，施做双连拱右线洞口大管棚，依次开始1#洞、2#洞(开挖15m形成三台阶、封闭掌子面)双层支护施工，初支加强层紧跟第一层初支施作；
(3)1#洞作为主运输通道超前施工，在45m处斜向下开挖3-1#横通道至0#洞内，增开0#洞开挖面及反向落底施工(因0#洞标高较低，难以正面落底)，及时施做洞口段40m中隔墙，而后开挖3#洞，依次适时打开4#、5#、6#洞口段，4#洞与3#洞对称开挖施工，以消除0#洞中隔墙偏压问题；
(4)3#洞超前2#洞一定步距后，遵照双侧壁开挖工法，左右导坑先行，中导坑滞后施工，并依次进行4#、6#、5#洞身段施工。
(5)1#洞继续超前开挖施工，在100m处，适时开挖3-2#横通道，迎接0#洞开挖，同时增开开挖面，为后续中隔墙施工提供运输通道；
(6)2#洞开挖超前3-1通道后，开始1#洞边墙、仰拱初支及3#洞仰拱初支施工，待封闭成环后，拆除临时支撑，依次施工三衬仰拱及回填、三衬拱部衬砌(采用变截面换装台车施作)、及附属结构；
(7)1#洞开挖至双连拱与双侧壁交界处时，增开4#横通道迎接双连拱出洞和双侧壁段进洞施工；
1、通过设置地下临时纵横通道，实现了双连拱暗挖进洞施工，形成水平运输通道，提高了施工工效，且与明挖段同步施作，缩短工期。
2、通过双连拱右线外侧壁，作为先行导洞，增开3-1、3-2横通道，实现了中导洞(0#洞)开挖、中隔墙衬砌同步施工，为后续3#洞、4#洞落底施工创造条件，同时通过右线外侧壁，提前施工至双侧壁段，开挖4#通道，实现了双侧壁暗挖进洞和双连拱反向开挖，迎接出洞的对接施工，解决了项目总工期问题，比原节点工期提前约10个月。
3、采用“中导洞+双侧壁”开挖工法，双层工字钢支护、外侧壁先行落底、仰拱“半封闭”技术，有效抑制了超大断面施工沉降变形。
4、采用独特的设计施工工艺，三次衬砌类型(双初支、单二衬)、复合式中隔墙设计有效消除了中隔墙接缝处渗漏水的施工风险；
5、采用纵(5#)横(2#、4#)向临时通道实现暗挖进洞、出洞、通过增设3-1#、3-2#横通道，实现了中导洞及双连拱各个导洞的快速施工，降本增效成绩显著。
