雙側壁導坑法在黃土淺埋大斷面隧道中的應用

曹 鋒，劉鳳奎

（蘭州交通大學，730070）

1 工程概況

西寧鐵路地區(qū)西寧站樞紐綜合改造工程褚家營隧道全長3130m，位于西寧市境內。HDK172+970～HDK173+100段下穿蘭西高速公路，埋深3.2～9.8m。設計為雙線鐵路大斷面黃土隧道，隧道最大開挖寬度為12.56m，最大開挖高度為12.12m，最大開挖面積為122.65m2。該段圍巖為V級，處于黃土淺埋地段，地基為飽和的砂質黃土，承載力較低。由于地質較差，埋深較淺，故采用雙側壁導坑法施工。

2 雙側壁導坑法施工工藝

隧道開挖采用人工開挖，應堅持“短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則循序漸進的施工。各導坑開挖應嚴格按照順序進行，并且各導坑的開挖面需保持錯開一定的距離。Ⅰ、Ⅱ導坑左右部開挖面應分別錯開3～5m，堅決避免開挖面平行。Ⅱ導坑開挖面應與Ⅰ導坑錯開3～5m，同樣，Ⅲ中導坑上部、Ⅳ中導坑中部、Ⅴ中導坑下部開挖面應分別與前一導坑開挖面錯開3～5m。

圖1 雙側壁導坑法工序正面圖

掌子面上半斷面設玻璃纖維錨桿，并根據(jù)施工情況必要時對上半斷面采用噴射C25混凝土封閉。各導坑每次開挖支護的長度控制在0.5m，二次支護1m為一個循環(huán)，開挖后應及時支護噴錨。支護噴射混凝土達到設計強度的80%以上時再進行下一步開挖。臨時鋼架的拆除應等洞身主題結構初期支護施工完，并經監(jiān)測判斷穩(wěn)定后進行拆除，嚴格控制拆除順序及拆除長度，臨時支護拆除長度達6m時，應立即施作二次襯砌。每次拆除臨時支護不應超過2榀鋼架，拆除時應加強監(jiān)控量測。

3 關鍵控制技術及沉降分析

3.1 開挖進尺控制

隧道開挖過程中，對首先開挖的Ⅰ導坑左部，進行了開挖進尺的優(yōu)化研究。在Ⅰ導坑開挖時，分別在開挖進尺為0.4m、0.5m、0.6m、0.8m四種情況下，一次開挖2榀，對Ⅰ導坑左部洞口頂部沉降量進行監(jiān)控量測。四種情況下的監(jiān)控量測值變化曲線如圖3所示。

由此可以看出，隨著開挖進尺的增大，導坑洞口頂部的沉降值也隨著增大，但也不能太小，太小了費工費料而且嚴重影響了施工進度。因此，在各導坑開挖時，要嚴格控制開挖進尺。開挖進尺為0.4m、0.5m的情況下，沉降值相差不大，從經濟和安全角度綜合考慮，選擇0.5m的進尺更為合理。

3.2 臨時支撐的拆除控制

臨時支撐的拆除應在初期支護完成后，監(jiān)控量測穩(wěn)定的情況下予以拆除，每次拆除臨時支撐不應超過2榀鋼架。臨時支撐的拆除順序及拆除長度，影響著隧道整體的穩(wěn)定。在拆除初期，分別在三種不同的拆除順序下，對隧道洞口頂部的沉降情況進行了監(jiān)控量測。第一種拆除順序：①→③→②→④；第二種拆除順序：②→①→③→④；第三種拆除順序：③→②→①→④。三種不同的拆除順序下分別在Ⅰ、Ⅱ導坑左右部初支與臨時支撐連接點及Ⅲ導坑頂部布設監(jiān)控量測點。各拆除順序下各部位沉降值如圖4所示。

圖3 各拆除順序下的各部位沉降值變化曲線

由此可以看出，第一種拆除順序優(yōu)于第二種拆除順序，第二種拆除順序優(yōu)于第三種拆除順序。第一種拆除順序下的各部位沉降值最小，那么隧道的穩(wěn)定性也最好。因此，在臨時支撐的拆除時，應嚴格按照第一種拆除順序進行，拆除長度宜控制在6m。

3.3 地表沉降分析

隧道在開挖、初支、臨時支撐、二次支護、臨時支撐拆除、二次襯砌的施工過程中，進行多次監(jiān)控量測，隨時量測隨時記錄。最終在已經施工完成的段內，對隧道拱頂上部地表的沉降做了統(tǒng)計分析。以隧道中線為中心向兩側每隔3m對稱布置觀測點，累積地表沉降值如圖5所示。

圖4 地表累積沉降量變化曲線

由此得知，隧道施工完畢后，拱頂及路面沉降規(guī)律如上圖。隧道中線上方沉降量最大，越向兩側，沉降值越小。隧道上方實際地表累積沉降規(guī)律呈“漏斗型”分布，最大沉降值7.1mm，不僅滿足了隧道自身結構的穩(wěn)定性要求，而且不影響隧道上方高速公路的通行。

4 支護參數(shù)優(yōu)化

4.1 玻璃纖維錨桿的設置

隧道開挖前，在掌子面上半部分設置長10m，間距1.5×1.5m的玻璃纖維錨桿。Ⅱ導坑開挖前，在Ⅰ導坑開挖面上以同樣的要求設置玻璃纖維錨桿。Ⅴ中導坑下部開挖時應在Ⅳ中導坑中部以同樣的要求設置玻璃纖維錨桿。這樣可以減少在下一導坑開挖時，對上一導坑的擾動，從而不會過大的影響結構的穩(wěn)定。玻璃纖維錨桿的設置，增強了自身導坑的穩(wěn)定，也為下一導坑的開挖提供了安全保障。進一步提高了圍巖的自承能力，增強了隧道結構的整體穩(wěn)定，為黃土、淺埋地質下隧道安全可靠施工奠定了堅實的基礎。

4.2 型鋼腳部設支撐墊塊

各導坑在開挖時，應嚴格按照開挖進尺開挖。開挖后，應立即進行型鋼支護，并掛網噴射混凝土封閉。在各導坑開挖后，進行型鋼初期支護時，在型鋼腳部設置30×30×10cm的混凝土支撐墊塊。支撐墊塊的設置，有效的避免了初期支護時型鋼在凹凸不平的支撐面上容易發(fā)生失穩(wěn)的不利情況，大大提高了型鋼支護時的穩(wěn)定性和承載力。還可以保證型鋼腳部平面的平整，從而在底下一導坑開挖后，與其支護型鋼的平順連接。

4.3 鎖腳錨管的設置

導坑開挖后，在初期支護型鋼架設完成時，分別在Ⅰ左、右導坑左右兩邊拱腳部分設置長3.5m的外徑42mm的鎖腳錨管，Ⅱ左、右導坑分別在左、右拱腳處同樣設置。鎖腳錨管的錨固與鋼架的連接，充分提高了鋼架的整體和穩(wěn)定性，有效的避免了鋼架的脫空與滑落。也控制了開挖過程中洞內的水平收斂位移，從而充分的發(fā)揮了型鋼初支的受壓承載力。

4.4 格柵鋼架的設置

初期支護完成后，及時用混凝土噴射封閉，緊接著進行二次支護。二次支護采用格柵鋼架進行支護，格柵鋼架支護完成后，用混凝土噴射封閉。格柵鋼架的設置，進一步提高了隧道洞身的穩(wěn)定性，為臨時支護的拆除打下了堅實的基礎。二次支護完成后，洞內的水平收斂位移及拱頂沉降都有顯著改善，同時，有利于拱墻二次襯砌的施作。

5 結論

雙側壁導坑法在黃土淺埋地段大斷面隧道中得到了很好的應用，顯著的改善了洞內的水平收斂位移及拱頂沉降值。但是在開挖及支護的過程中，必須嚴格控制開挖進尺及臨時支撐的拆除順序等關鍵技術，還可以通過設置玻璃纖維錨桿、鎖腳錨管、格柵鋼架以及型鋼腳部設支撐墊塊來優(yōu)化支護參數(shù)。隧道施工過程及施工完成后，地表累積沉降量以隧道中線為中心向兩側呈“漏斗型”分布。通過優(yōu)化支護參數(shù)、控制關鍵技術應用雙側壁導坑法，大大提高了支護承載力和隧道結構的穩(wěn)定性，在黃土淺埋地段大斷面隧道中取得了良好的效果。

[1]TB10003-2001 鐵路隧道設計規(guī)范[S].北京.中國鐵道出版社，2001

[2]王華川.超大斷面黃土隧道雙側壁導坑法施工過程受力分析.碩士學位論文，2009

[3]王學斌.超淺埋大斷面隧道雙側壁導坑法施工參數(shù)優(yōu)化研究[J].市政與交通建設，2012（06）

[4]王志，杜守繼，張文波，李迎九，吳雪萍.淺埋鐵路隧道下穿高速公路施工沉降分析[J].地下空間與工程學報，2009（06）

[5]郭銳陽.雙側壁導坑法在淺埋、偏壓及軟弱圍巖隧道中的應用[J].應用科學，2010（02）

[6]張臻榮，沈文釗.鄭西客運專線秦東隧道淺埋偏壓地段雙側壁導坑施工技術[J].隧道/地下工程，2009（04）