毕业设计(论文)-公路双连拱隧道设计与施工.docx

石家庄铁道大学毕业设计

公路双连拱隧道设计与施工

Design and Construction of Highway Double-arch Tunnel

2012 届 土木工程 学院
专 业 土木工程
学 号
学生姓名
指导教师

完成日期 2012年 5 月 26 日

毕业设计成绩单
学生姓名

学号
20080061
班级
土0801-2
专业
土木工程
毕业设计题目
公路双连拱隧道设计与施工
指导教师姓名

指导教师职称

评 定 成 绩
指导教师

得分

评阅人

得分

答辩小组组长

得分

成绩：

院长(主任) 签字：

年 月 日

毕业设计任务书
题　目
公路双连拱隧道设计与施工
专 业
土木工程
班 级
土0801-2
学生姓名
戴斌飞
承担指导任务单位
土木工程学院
导师
姓名
朱正国
导师
职称
副教授
一、设计内容
对双喜岭双连拱隧道进行设计，内容主要有：
1.设计依据及原则：包括设计应遵循的主要规范规程及主要原则。
2.工程概况：包括本工程的设计范围、工程地质、水文地质概述；地面环境等。
3.隧道结构选型及构造要求：包括结构选型、衬砌的构造要求、支护和衬砌设计参数的确定。
4.隧道衬砌结构设计检算：包括计算荷载的确定、计算模型的建立、衬砌结构计算、结构配筋计算。
5.施工方法设计：包括主要施工方法确定、主要施工工艺方法、施工组织、指导性施工进度、施工监控量测等。
应附图：地质纵剖面图，支护结构设计横剖面图、衬砌结构横剖面图、防水结构图，监控量测测点布置图等。
6.外文翻译，隧道及地下工程方向设计施工相关文献翻译。
二、基本要求
1.通过文献、资料阅读，掌握朱家峪Ⅲ号隧道结构设计方法；2.熟悉衬砌结构设计计算方法。
3.掌握隧道施工方法及施工组织设计。
三、主要技术指标
另见具体资料。
四、应收集的资料及参考文献
1.《隧道设计规范》；
2.《隧道施工规范》；
3.《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）；
5.《隧道设计手册》；
6.《隧道施工手册》；
五、进度计划
第1～2周 外文翻译； 第3周 熟悉资料，查阅文献，弄清设计意图；
第4周 写出开题报告； 第5～7周 隧道衬砌结构设计检算；
第8～11周 施工方法设计； 第12～14周 防水设计；
第15周 文整，答辩
教研组主任签字

时　间
年 月 日

毕业设计开题报告
题　目
公路双连拱隧道设计与施工
学生姓名
戴斌飞
学 号
20080061
班 级
土0801-2
专 业
土木工程
1、研究背景
伴随着西部经济大开发进程，我国高速公路建设不断向山区延伸，不可避免地要修建大量的公路隧道，建设中主要采用已积累了丰富理论和实践经验的双洞分离式方案，但采用此方案的隧道净距至少应大于隧道洞径的1～4倍，在特殊地质及地形条件的地区，从总体路线线形、线桥隧衔接方式等因素综合考虑，往往受到较大局限，尤其是在山岭重丘区，连拱隧道已成为一种重要的结构形式。
2、国内外研究现状
连拱隧道1974年诞生于日本。虽然起步较晚，然而却具有独特的优势，特别适宜一些特殊地形、地质条件，其它类型的隧道难以替代。
2000年，日本对其国内近30座连拱隧道的基本特征进行了调查，平均双连拱隧道长度约220m，并且长度小于300m的隧道约占70%以上，95%以上的双连拱隧道长度不超过500m，都是在短区间采用。日本已修建了许多连拱隧道，但只是根据施工方法的不同对双连拱隧道的断面型式进行了研究，许多双连拱隧道的设计、施工的控制基准尚未确定。到目前为止，最大跨度的连拱隧道出现在日本―大代古填连拱隧道，跨度为37.4m，中墙类型为整体曲中墙。意大利、奥地利、瑞士、法国等欧洲国家在连拱隧道及连拱型结构物修建方面已有的设计施工方面的经验，但因其结构的特殊性和设计施工技术的复杂性，在双连拱隧道的设计施工方法、中墙施工力学特性、围岩变形控制基准等方面，一直是各国隧道工程领域的重点研究对象。
连拱隧道的许多设计、施工的标准还没有确定，只是针对特有的问题加以研究解决。近年来由于城市地下工程的增加和土地使用上的限制以及文物和环境保护等问题的需要，必须采用连拱隧道施工的情况增加了。同时，日本连拱隧道多为城市隧道或浅埋隧道，最大埋深不足25m的占70%，其中多数为地表有文物、住宅等要求严格控制地表下沉的结构物存在等情况。按照不同的施工方法，连拱隧道边墙处常采用扩大基脚(三导洞法施工)或两翼加强肋(中导洞台阶法施工)形式，以达到控制沉降的目的。
国内有关双连拱隧道的研究始于20世纪90年代，在此之前，我国高等级公路修建中，隧道的设计形式主要采用双洞分离式方案修建，在单洞单拱隧道施工方面已经积累了丰富的实践经验。但在特殊地质及地形条件的地区，从线桥隧衔接方式、总体路线线型、工程造价等因素综合考虑，双洞分离式方案往往受到较大局限，为获得良好的技术经济效果，连拱及小间距隧道方案则成为重要的可选方案，尤其是在地形条件等因素限制下的中短长度的隧道，采用连拱隧道形式几乎成为唯一的方案。
目前在四川、重庆、云南、贵州、江苏、浙江、福建等省市在建及拟建的高速公路及市政道路的建设中，大量采用了连拱及小间距隧道。
国内已建成的典型的双连拱公路隧道有沪蓉高速公路冯家娅口隧道，国道108线广元段崔家娅隧道、石梯沟隧道，重庆万梁高速公路金竹林隧道，京珠高速公路五龙岭隧道，广州广环高速公路白云山隧道，福泉高速公路相思岭隧道，云南元磨高速公路桥头隧道，莲花山大跨度连拱隧道等；陕西省拟建和在建的双连拱公路隧道有十多座；铁路部门也有一些类似双连拱的隧道事例。
3、设计内容
1.设计依据及原则：包括设计应遵循的主要规范规程及主要原则。
2.工程概况：包括本工程的设计范围、工程地质、水文地质概述；地面环境等。
3.隧道结构选型及构造要求：包括结构选型、衬砌的构造要求、支护和衬砌设计参数的确定。
4.隧道衬砌结构设计检算：包括计算荷载的确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算。
5.施工方法设计：包括主要施工方法确定、主要施工工艺方法、施工组织、指导性施工进度、施工监控量测等。
应附图：地质纵剖面图，支护结构设计横剖面图、衬砌结构横剖面图、防水结构图，监控量测测点布置图等。
6.外文翻译，隧道及地下工程方向设计施工相关文献翻译。
4、设计思路及方法
1.根据规范及隧道所处的地质情况确定隧道断面形状尺寸、类型、衬砌厚度以及中隔墙的类型、尺寸，计算出各个断面的荷载情况。
2.利用ANSYS软件建立计算模型，根据计算得出的荷载值，分析计算出各个断面所受的弯矩和轴力，选取断面最不利点进行配筋计算。
3.隧道衬砌检算、配筋完成后，设计主要施工方法：V级围岩段采用三导洞法开挖，III、IV级围岩段采用中导洞台阶法开挖，钻爆法施工。
4.隧道的开挖采用光面爆破，同时要控制减少对围岩的扰动，充分利用围岩的自承能力，还要尽快施做初期支护，控制围岩的变形。
5.设计主要施工工艺，对隧道的超前预支护、初期支护、二次衬砌、中隔墙等的施工工艺进行详细叙述。
6.隧道的防排水应根据“防、排、截、堵，因地制宜，综合治理”的原则，进行合理的设计，在洞口设置排水沟进行排水，而洞身则采用防水层防水，排水管和导水盲管来排水。
5、预期达到结果
掌握双连拱隧道的设计及施工方法；掌握杆式有限元ANSYS软件分析方法；熟悉CAD绘图软件、office办公软件的使用；学会设计合理的组织施工方案；并完成施工图绘制和完成毕业设计。
指导教师签字

时 间
　 年　 月 日
摘 要
公路连拱隧道是近二三十年来随着高等级公路建设发展而出现的一种隧道结构形式。这种隧道形式的优点是具有较好的适用性和优越性，尤其是在用地受限、山区地形复杂、道路展线困难等情况下。然而，连拱隧道相对于分离隧道，施工中必然存在着对围岩的多次扰动，施工有相当大的难度等特点，其中的中墙部位受力尤为复杂。
本设计以双喜岭隧道为背景，结合现场施工，首先分析了双连拱隧道施工方法的适用条件；并结合双喜岭的地质条件，依据有关标准规范，确定了该隧道的轮廓尺寸及其支护参数；利用ANSYS及AutoCAD软件分析计算各断面的受力情况，进而进行配筋计算；根据围岩特征来确定该隧道施工方案和施工工艺；系统的论述了洞外排水、明洞防水、洞身防水、施工缝及沉降缝防水等防排水系统，给出了具体的施工技术方案；最后，对双连拱隧道施工监控量测进行了方案设计。

关键词：双连拱隧道 配筋计算 施工技术 防水设计 监测
Abstract
Highway double-arch tunnel have been developed as a new structure form in recent decades with the development of high-class road. This tunnel structure form have the merits of good adaptability and superiority in the conditions of complex land form and difficult line designation. However, compared with individual tunnel, double-arch tunnel shoud face to the questions of surrounding rock’s frequent perturbation, construction difficulty, etc. and the loads applied to mid-board is the most complex part of them.
This design based on the background of Shuangxiling tunnel construction site, firstly analyzed the application conditions of the double-arch tunnel construction method; Then combined with the geological conditions of Shuangxiling mountains, in accordance with relevant standards and specifications, to determine the size and profile of the tunnel support parameters; used ANSYS and AutoCAD software to analyze and calculate the force of the cross-section, based on which, the distribution of bars calculation have been carried out; According to surrounding rock characteristics，determine the construction plan and construction technology; Discussed the hole drainage system, waterproof, hole construction joints and settlement joints waterproof in order, then gave a specific construction technical scheme; Finally, designed the monitoring of double-arch tunnel monitoring measurement.

Keywords: Double-arch tunnel Reinforcement calculation Construction technology Waterproof design Monitoring
目录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外双连拱隧道施工及研究现状 1
1.2.2 国内双连拱隧道施工及研究现状 2
1.3 双连拱隧道施工方法 3
1.3.1 三导洞法 4
1.3.2 中导洞-台阶法 5
1.4 连拱隧道设计施工中存在的问题 6
1.5 本设计的研究内容 7
第2章 双喜岭连拱隧道概况 9
2.1 引言 9
2.2 工程概况 9
2.2.1 区域地质概况 9
2.2.2 工程地质条件 10
2.2.3 隧道围岩工程地质特性及稳定性评价 11
2.3 建筑材料要求 12
第3章 连拱隧道衬砌结构设计与检算 15
3.1 连拱隧道结构设计 15
3.1.1 设计依据 15
3.1.2 建筑界限及衬砌结构 15
3.2 连拱隧道荷载确定方法 17
3.2.1 深埋连拱隧道围岩压力 18
3.2.2 连拱隧道深、浅埋分界值 21
3.2.3 浅埋连拱隧道围岩压力 21
3.3 连拱隧道压力计算 23
3.4 计算方法及结果 24
3.4.1 V级围岩浅埋断面内力图 25
3.4.2 V级围岩深埋断面内力图 26
3.4.3 IV级围岩深埋断面内力图 27
3.4.4 III级围岩深埋断面内力图 28
3.5 衬砌截面配筋计算 29
3.5.1 V级围岩浅埋断面衬砌检算 31
3.5.2 V级围岩深埋断面衬砌检算 31
3.5.3 IV级围岩深埋断面衬砌检算 32
3.5.4 III级围岩深埋断面衬砌检算 32
3.5.5 各级围岩断面衬砌钢筋布置 33
第4章 连拱隧道施工方案 34
4.1 总体施工方案 34
4.1.1 导洞施工 34
4.1.2 洞口施工 35
4.1.3 主洞施工 35
4.2 连拱隧道爆破设计 36
4.2.1 爆破参数选择 37
4.2.2 周边眼的控制爆破 39
4.2.3 中导洞爆破设计 39
4.2.4 主洞爆破设计 42
4.2.5 爆破施工管理 45
第5章 连拱隧道施工工艺 46
5.1 超前支护施工 46
5.1.1 长管棚 46
5.1.2 超前注浆小导管 48
5.2 初期支护施工 49
5.3.1 锚杆 51
5.3.2 钢筋网安装 52
5.3.3 钢拱架安装 52
5.3.4 喷射混凝土 53
5.3 中墙施工 55
5.4 二次衬砌施工 57
5.4.1 二次衬砌混凝土 57
5.4.2 模板台车 58
5.4.3 防水混凝土灌注 58
5.5 防排水施工 58
5.5.1 洞外防排水 59
5.5.2 明洞防排水 59
5.5.2 洞身防排水 59
5.5.3 中墙防排水 62
第6章 隧道施工现场监控量测 64
6.1 现场监控量测的目的 64
6.2 监控量测项目 64
6.2.1 量测工具及量测要求 64
6.2.2 初期支护监控量测 65
6.2.3 洞室周边位移量测 67
6.2.4 二次衬砌内力量测 68
6.3 监控量测的组织管理 69
第7章 结论 70
参考文献 71
致谢 72
附录A 外文资料翻译 73
A.1 英文 73
A.2 译文 87
附录B 图纸 108
B.1 双喜岭工程地质断面图（一）(图号：01(a)) 108
B.2 双喜岭工程地质断面图（二）(图号：01(b)) 108
B.3 双喜岭工程地质断面图（三）(图号：01(c)) 108
B.4 双喜岭隧道浅埋衬砌断面尺寸图(图号：02) 108
B.5 双喜岭隧道深埋衬砌断面尺寸图(图号：03) 108
B.6 双喜岭隧道V级围岩洞口衬砌断面图(图号：04) 108
B.7 双喜岭隧道V级围岩浅埋衬砌断面图(图号：05) 108
B.8 双喜岭隧道V级围岩深埋衬砌断面图(图号：06) 108
B.9 双喜岭隧道IV级围岩深埋衬砌断面图(图号：07) 108
B.10 双喜岭隧道III级围岩深埋衬砌断面图(图号：08) 108
B.11 双喜岭隧道V级围岩浅埋衬砌配筋图(图号：09) 108
B.12 双喜岭隧道V级围岩浅埋钢筋大样图(图号：10) 108
B.13 双喜岭隧道V级围岩深埋衬砌配筋图(图号：11) 108
B.14 双喜岭隧道V级围岩深埋钢筋大样图(图号：12) 108
B.15 双喜岭隧道IV级围岩深埋衬砌配筋图(图号：13) 108
B.16 双喜岭隧道IV级围岩深埋钢筋大样图(图号：14) 108
B.17 双喜岭隧道IV级围岩中导洞炮眼布置图(图号：15) 109
B.18 双喜岭隧道III级围岩中导洞炮眼布置图(图号：16) 109
B.19 双喜岭隧道IV级围岩主洞炮眼布置图(图号：17) 109
B.20 双喜岭隧道III级围岩主洞炮眼布置图(图号：18) 109
B.21 双喜岭隧道防排水结构设计图(图号：19) 109

石家庄铁道大学毕业设计
第1章 绪 论
1.1 引言
伴随着西部经济大开发进程，我国高速公路建设不断向山区延伸，为了降低路线纵坡，改善公路线形，优化车辆行驶条件，最大限度保护生态环境，不可避免的要修建大量的公路隧道。
在山岭重丘区，隧道形式的选择受多因素影响。不仅包括地形、地质条件的约束，还有路线平、纵、横指标以及组合设计的制约。连拱隧道是为适应我国经济及公路建设的迅速发展而提出的大跨度隧道形式，其在线形，占地面积，空间利用率方面都有不可取代的优越性，避免了洞口路基及大桥分幅；同时能很好的适应地形条件，在环境保护以及工程数量上都具有优越性。因此，在我国交通建设中，连拱隧道得到越来越广的应用。
近年来，随着连拱隧道工程的增多，施工经验有一定的积累，但并未形成一套完整的设计与施工方法技术。由于连拱隧道跨度较大、结构受力复杂、施工难度大，目前其长度一般仅限于1km以下。相当数量的连拱隧道都处于浅埋、偏压地段，而这些地段往往岩体风化较严重，裂隙、节理等结构面发育，存在岩溶及破碎地层等地质灾害，围岩自稳能力差，加上连拱隧道开挖跨度大、工序繁多、围岩扰动频繁，使得选择合理的开挖方式和工序以确保围岩及支护结构稳定和施工安全显得尤为重要。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外双连拱隧道施工及研究现状
双连拱隧道方案于1974年在日本的伊祖隧道首次被采用。2000年，日本对其国内近30座连拱隧道的基本特征进行了调查，平均双连拱隧道长度约220m，并且长度小于300m的隧道约占70%以上，95%以上的双连拱隧道长度不超过500m，都是在短区间采用[1]。日本已修建了许多连拱隧道，但只是根据施工方法的不同对双连拱隧道的断面型式进行了研究，许多双连拱隧道的设计、施工的控制基准尚未确定。到目前为止，最大跨度的连拱隧道出现在日本―大代古填连拱隧道，跨度为37.4m，中墙类型为整体曲中墙。意大利、奥地利、瑞士、法国等欧洲国家在连拱隧道及连拱型结构物修建方面已有的设计施工方面的经验，但因其结构的特殊性和设计施工技术的复杂性，在双连拱隧道的设计施工方法、中墙施工力学特性、围岩变形控制基准等方面，一直是各国隧道工程领域的重点研究对象。
连拱隧道的许多设计、施工的标准还没有确定，只是针对特有的问题加以研究解决。近年来由于城市地下工程的增加和土地使用上的限制以及文物和环境保护等问题的需要，必须采用连拱隧道施工的情况增加了。同时，日本连拱隧道多为城市隧道或浅埋隧道，最大埋深不足25m的占70%，其中多数为地表有文物、住宅等要求严格控制地表下沉的结构物存在等情况。按照不同的施工方法，连拱隧道边墙处常采用扩大基脚(三导洞法施工)或两翼加强肋(中导洞台阶法施工)形式，以达到控制沉降的目的。
1.2.2 国内双连拱隧道施工及研究现状
国内有关双连拱隧道的研究始于20世纪90年代，在此之前，我国高等级公路修建中，隧道的设计形式主要采用双洞分离式方案修建，在单洞单拱隧道施工方面已经积累了丰富的实践经验。但在特殊地质及地形条件的地区，从线桥隧衔接方式、总体路线线型、工程造价等因素综合考虑，双洞分离式方案往往受到较大局限，为获得良好的技术经济效果，连拱及小间距隧道方案则成为重要的可选方案，尤其是在地形条件等因素限制下的中短长度的隧道，采用连拱隧道形式几乎成为唯一的方案。
目前在四川、重庆、云南、贵州、江苏、浙江、福建等省市在建及拟建的高速公路及市政道路的建设中，大量采用了连拱及小间距隧道。
国内已建成的典型的双连拱公路隧道有沪蓉高速公路冯家娅口隧道，国道108线广元段崔家娅隧道、石梯沟隧道，重庆万梁高速公路金竹林隧道，京珠高速公路五龙岭隧道，广州广环高速公路白云山隧道，福泉高速公路相思岭隧道，云南元磨高速公路桥头隧道，莲花山大跨度连拱隧道等；陕西省拟建和在建的双连拱公路隧道有十多座；铁路部门也有一些类似双连拱的隧道事例。
高速公路中的双连拱隧道断面一般要考虑行车道宽、两侧路缘带宽、中隔墙宽、建筑限界高度等因素，隧道断面跨度大、结构复杂、施工工序多、难度大。初期支护一般采用锚喷，再和二次衬砌构成复合支护体系。目前己建和在建的连拱公路隧道中隔墙多采用直中墙形式，也有采用曲中墙的情况。
在我国，已建成的连拱隧道的数量还不多，研究还不够充分，缺乏可借鉴的设计施工经验，尤其在地形条件十分复杂、特殊地质的山岭重丘区大规模修建连拱隧道更无先例。从目前国内已建成的连拱隧道工程来看，在施工中均不同程度地出现了开挖过程中围岩坍塌、衬砌产生大面积裂缝、衬砌接头处严重漏水等问题。随着连拱隧道的大量出现，对连拱隧道的综合修建技术开展研究已经成为隧道设计施工中的一项重要课题。
1.3 双连拱隧道施工方法
连拱隧道的施工，与其他类型隧道的施工既有相同点又有区别。相同之处是：洞身掘进主要采用钻爆法，紧跟锚喷柔性支护，模筑二次衬砌混凝土。不同之处：连拱隧道上下行线共用一堵中墙，断面形式成“M”型，因此，连拱隧道这一构造特征决定其特殊的施工程序和施工方法[2]。
连拱隧道施工方法与其结构和地质条件密切相关。根据中墙构造的不同，其施工方法大致分为四类，即：整体直中墙、整体曲中墙、三层直中墙和三层曲中墙等施工方法。在遵循技术可行和经济合理的原则下，不同结构的中墙，遇到不同的工程地质、围岩级别、水文地质条件时，应采用适宜的开挖方法。总结连拱隧道施工经验，无论采用哪类工法，其洞身掘进方法，大致都可归纳为以下四种：三导洞法、中导洞法、单洞法和双洞全断面平行施工法。这些方法是具体围岩条件和施工设备情况，可以进一步细化为若干种，详见图1-1。
中导洞―双侧导洞法

中导洞―双下导洞法

三导洞法

短台阶

长台阶

上台阶法
正洞台阶工法

连拱隧道洞身
施工方法

中导洞法

上台阶法
全断面工法

微台阶

先拱后墙法

三层直中墙施工法

单洞施工法

整体式直中墙施工法

双洞全断面平行施工法

图1-1 连拱隧道洞身施工方法
连拱隧道施工方法应特别注意其适用条件，在隧道设计和施工阶段，应根据连拱结构形式以及地质条件，可按表1-1所列适用条件选用。在地质条件复杂地区，还可在不同条件下采用不同的工法，具体技术要求，应在超前地质预报和监控量测的指导下施工。
表1-1 连拱隧道工法适用条件
工 法
适 用 条 件
三导洞工法
中导洞―双侧导洞法
适用于IV级、V级围岩和地质情况较差、具有偏压地形或埋深较浅的软弱围岩
中导洞―双下导洞法
适用于V～VI级围岩以及富水破碎带
中导洞工法
中导洞―正台阶法
适用于II～IV级围岩
中导洞―全断面法
适用于I级围岩
中导洞―先拱后墙法
慎用，建议不予采用
单洞工法
适用于I～III级围岩两车道连拱隧道，同时应改善单洞工法并应注意施工中左右洞相互影响
双洞全断面平行工法
适用于I～II级围岩的硬岩隧道
1.3.1 三导洞法
三导洞工法可细化为中导洞―双侧导洞法和中导洞―双下导洞法。本文根据研究内容只介绍中导洞―双侧导洞法：
中导洞超前开挖，两侧壁导洞跟进，中导洞贯通后，浇筑中墙混凝土，两侧导洞贯通后浇筑边墙混凝土，采用台阶法开挖正洞并进行初期支护，最后浇筑仰拱和二次衬砌。其核心在于“先墙后拱法”施工。
中导洞―双侧导洞工法施工工序如图1-2所示，从图中可以看出该工序总共有16步，其工序说明见表1-2。

1
2
3
6
4
4
5
5
7
8
9
10
15
12
13
11
14
16
6

图1-2 中导洞―双侧导洞法施工工序示意图
表1-2 中导洞―双侧洞法施工工序说明
序号
工序
序号
工序
1
开挖中导洞
9
左洞核心土开挖
2
中导洞支护
10
左洞仰拱浇筑
3
中墙砌筑及铺设中墙顶防水板
11
左洞拱部防水层铺设及二衬砼浇筑
4
左右侧导洞开挖
12
右洞顶部开挖
5
左右侧导洞初支、防水层铺设及边墙二衬砼浇筑
13
右洞顶部初期支护
6
中墙右侧回填(或设置工字钢临时支撑)及中墙顶部回填
14
右洞核心土开挖
7
左洞顶部开挖
15
右洞仰拱浇筑
8
左洞顶部初期支护
16
右洞拱部防水层铺设及二衬砼浇筑
1.3.2 中导洞-台阶法
中导洞―台阶法(以下简称台阶法) 主要流程为先贯通中导洞并浇筑中隔墙，然后按台阶法开挖一侧主洞并施做初衬和二衬，另一侧主洞滞后一段距离按同样的方法掘进和支护。该方法一般适用于围岩条件较好的IV级以上围岩中。两侧洞室的开挖面要错开一定距离施工，每个洞室的施工与单幅隧道台阶法施工类似。即根据围岩条件可分为长台阶、短台阶和超短台阶三种。在施工中主要根据初期支护闭合时间、围岩条件和上部断面施工所采用的开挖、支护、出碴等机械设备需要施工场地大小等确定，软弱围岩中以前者为主兼顾后者，确保施工安全。在围岩较好时主要考虑后者，以发挥更大的机械设备效率。
台阶法施工工序说明如图1-3及表1-3所示。
1
2
3
4
8
4
5
6
7
9
10
11
13
12
14
15
16

图1-3 中导洞―台阶法施工工序示意图
表1-3 中导洞―台阶法施工工序说明
序号
工序
序号
工序
1
开挖中导洞
9
左洞仰拱浇筑
2
中导洞支护
10
左洞防水层铺设及二衬砼浇筑
3
中墙砌筑及铺设中墙顶防水板
11
右洞上台阶开挖
4
中墙右侧回填(或设置工字钢临时支撑)及中墙顶部回填
12
右洞拱部初期支护
5
左洞上台阶开挖
13
右洞下台阶开挖
6
左洞拱部初期支护
14
右洞边墙初期支护
7
左洞下台阶开挖
15
右洞仰拱浇筑
8
左洞边墙初期支护
16
右洞防水层铺设及二衬砼浇筑
以上施工方法在实际施工中往往根据具体情况和技术水准调整施工步骤、优化施工工艺。
从已经建设完成的双连拱隧道工程看，目前普遍存在设计和施工方法不够系统和完善，工序多、进度慢的问题。连拱隧道施工方法中，以三导洞法和中洞法应用最为广泛，而其他开挖方法只是在个别隧道中有应用，通过连拱隧道工程施工和理论分析，一般认为在软弱围岩中三导洞法较为安全，较中导洞法能更好地控制拱部围岩的沉降，是采用较多的施工方法。在III级及以上围岩中采用中导洞台阶法较多。而在控制衬砌的受力和塑性区范围方面二者区别不大，但三导洞法施工步序及对围岩的扰动次数多、衬砌的整体性不好，因此在围岩稳定允许的条件下，尽量应用中导洞法以减少对围岩的扰动和简化施工过程。
1.4 连拱隧道设计施工中存在的问题
近年来，由于连拱隧道拥有较多优点，被越来越多地采用。但是，连拱隧道整体跨度大、结构复杂、施工难度大、造价高，存在的问题也较多。随着连拱隧道工程的增多，新问题也不断涌现。吴祥松等从公路连拱隧道的现场施工监测、支护荷载、岩土工程反分析的应用、室内实验和数值模拟方法的作用等方面，指出了连拱隧道设计与施工存在的问题。因此，当前公路连拱隧道急需研究和完善的问题，主要有以下一些[3]。
(1)支护强度不尽合理
目前国内已建和在建的连拱隧道施工方法较单一，总体支护体系重点不够突出，有些地方普遍过强，但局部位置又相对较弱，锁脚锚杆普遍力度不足，有的出现支护失效，引起塌方和冒顶现象，导致隧道安全和质量事故问题。部分已建隧道二次衬砌出现大面积裂缝及接头处严重漏水，隧道进出口浅埋段及低级别围岩段工程造价过高等。
(2)施工工序较多
连拱隧道施工工序多达20道以上，隧道开挖、支护、防水层敷设、二次衬砌等工序，在平、纵断面上交织进行。初期支护和二次衬砌交互受力，结构体系应力转换多次，受力变化复杂。除中导洞先开挖和中墙先浇筑外，正洞开挖视围岩类别不同有多种施工工艺，如全断面法、上下台阶法、侧导洞法等。后开挖隧洞对先开挖隧洞造成偏压影响，使既有结构发生偏转和变形，从而对隧道衬砌产生不良后果。如何降低后开挖隧洞的爆破振动对先开挖隧洞的围岩和支护产生的不良影响；如何确保中墙顶部密实，保证隧道施工期中墙具有足够的承载力和稳定性，而不至于受到破坏；如何做好中墙和正洞拱墙二次衬砌的防排水，以及如何减少隧道施工工序等等，都尚有待研究。
(3)围岩稳定性与动态施工控制有待加强
通常连拱隧道开挖范围比较大，而且结构较复杂，特别是在浅埋偏压条件下荷载估计偏差较大，引起连拱隧道施工难度较大。近年来，在连拱隧道围岩稳定性与动态施工控制等方面，国内外专家学着做了些积极的探索，但尚需进一步加强和完善。
(4)设计理论和方法有待完善
由于连拱隧道跨度大、形状扁平、结构复杂，现行设计规范有关条款显得相对滞后。例如，针对不同的围岩类别，如何确定连拱隧道的设计荷载，其中包括对称荷载和非对称荷载、垂直荷载和水平荷载，如何确定断面形状和几何参数，如何确定中墙厚度和高度，以及二次衬砌厚度和配筋等，都是规范未曾涉及的问题。此外，如何考虑衬砌结构与围岩相互作用的设计方法，如何考虑不同工序阶段支护结构受力状态及围岩稳定性的设计方法等，都有待完善。
1.5 本设计的研究内容
针对连拱隧道设计施工中存在的问题，在调查国内外双连拱公路隧道修建技术，在参考同类隧道的研究及工程经验基础上，根据双喜岭的地质情况，将该隧道设计成双连拱隧道，本设计拟展开以下方面的研究：
(1)双喜岭双连拱隧道结构选型、构造要求以及衬砌结构设计检算。根据围岩类别及地质情况，选择合理的断面结构、衬砌构造，确定支护和衬砌设计参数；确定计算荷载、建立计算模型、计算整理衬砌结构、检算结构配筋。
(2)双喜岭双连拱隧道施工技术研究。根据围岩及地质情况，合理优选施工方法，在施工过程中确定减小各施工工序之间的相互影响，优化施工步骤，合理资源配置，保证安全、高效和优质的建好双喜岭隧道的工程技术措施，同时确保隧道开挖围岩的稳定性及支护的安全性，在施工安全的前提下，缩短工期，降低工程成本。
(3)双连拱隧道中隔墙防排水问题研究。连拱隧道的渗漏水一直是一个难点，隧道防排水质量的好坏，直接影响隧道的质量、安全以及行车安全等。本设计研究了双连拱隧道的综合防排水体系，达到隧道洞内不渗不漏，研究一套适合双喜岭双连拱公路隧道防排水施工技术。
(4)双连拱公路隧道施工监测技术研究。目前连拱隧道开展较多的施工监测项目有：地表沉降、拱顶下沉、水平收敛、围岩压力、围岩与支护间的接触应力、钢支撑的内力、锚杆轴力、喷层应力、中隔墙受力等。本设计在总结类似工程经验的基础上，设计了可行的监测方案，确保隧道的安全施工。
第2章 双喜岭连拱隧道概况
2.1 引言
在双连拱隧道施工中必须解决围岩、结构稳定以及洞口防排水问题；而在断层地层的内部洞身地段，除可能存在断层、破碎岩体等特定不良地质现象外，其围岩条件一般相对较好，整体性和稳定性相对较高，因而可以考虑改变双连拱隧道开挖施工的方法来提高施工进度和效率，为了安全通过洞口段、快速经济地通过内部洞身段，需要根据不同位置地质情况合理选择施工方法。
为此，结合双喜岭双连拱隧道的设计施工，详细介绍其结构选型、衬砌结构设计检算，研究双连拱隧道快速施工的技术措施、支护技术、不良地质处理技术。
2.2 工程概况
双喜岭双连拱隧道位于步云山镇与长岭镇交界小孙屯村附近，呈近南北走向展布。隧道概况见表2-1。
表2-1 双喜岭双连拱隧道概况表
庄河端洞口
盖州端洞口
隧道长度(m)
桩号
高程(m)
纵坡
桩号
高程(m)
纵坡
1985
K30+475
170.203
3.13%
K32+460
277.414
0.38%
2.2.1 区域地质概况
(1)区域地层：测区地层岩性主要为印支期侵入(σ51)闪长岩，(ηγ51)二长花岗岩、正长斑岩。
(2)区域构造：设计带位于阴山东西向复杂构造带的东延部位与新华夏系第二个巨型隆起带即长白山脉南段的交接地带，由于线路区内在地质史上经历了多次构造变动，因而地质构造复杂，按构造体系可分为东西向构造、南北向构造、新华夏系构造、华夏系或华夏式构造、北西向构造。
设计带主要位于吉黑褶皱系(II)一级构造单元上，线路未端进入中朝准地台(I)一级构造单元上，进一步可划分为二个级别的构造单元，具体为凤城凸起(I13-1)、永宁凹陷(I14-1)、城坦子断块(I14-2)。
隧道区未发现有区域性断裂通过。
(3)区域地震情况：据中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，设计区地震基本烈度为VII度，动峰值加速度为0.10g。
2.2.2 工程地质条件
(1)工程地质层
测区基岩出露情况较差，大部分地区被第四系地层及全、强风化岩层所覆盖。地层主要为第四系(Q4)碎石，印支期侵入(σ51)闪长岩，(ηγ51)二长花岗岩、正长斑岩。
(2)隧道区构造特征
物探查明隧道YK30+800～YK30+820、YK32+150～YK32+170及横剖面I、VII中间附近为视电阻率、地震波速异常，异常处视电阻率为950～1350ΩΜ，地震波速度为1700～2920m/s，非异常处视电阻率为2550～5050ΩΜ，地震波速度为3650～4280m/s。推测上述段落为岩石破碎带。
据地面地质调查，K30+800附近地表为二长花岗岩：浅肉红色，灰黄色，中风化，中粗粒结构，块状构造，矿物成分以长石、石英为主，节理裂