雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在隧道中的應(yīng)用

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摘要：隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法，以新奧法為基本理論依據(jù)，它屬于新奧法理論的一個分支。進行兩側(cè)導(dǎo)坑開挖時，采用小型挖掘機開挖或炮錘松土，人工開挖修整輪廓，必要時輔以人工手持風(fēng)鉆鉆孔，進行弱爆破或局部微爆破，以減少對周邊圍巖的擾動，控制超欠挖。兩側(cè)導(dǎo)坑斷面必須近似橢圓形，以避免應(yīng)力集中而引發(fā)局部失穩(wěn)。開挖斷面應(yīng)及早閉合成環(huán)，以充分利用巖體的自穩(wěn)能力，嚴格控制圍巖變形。初期支護采用工字（格柵）鋼架、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土形成柔性支護體系統(tǒng)。同時根據(jù)實際工作的情況，科學(xué)、合理的建立圍巖支護結(jié)構(gòu)健康的測量的系統(tǒng)，能夠在保證正常工作秩序不受到影響的情況下，在現(xiàn)有的科技水平的基礎(chǔ)上，進一步的改進施工工藝，促進施工水平不斷的提高。

關(guān)鍵詞：隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖

目前隧道開挖方法分為以下六種：①雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、②交叉中壁法，也稱為CRD法、③中隔壁法，也稱為CD法、④環(huán)形開挖留核心土法、⑤臺階法、⑥全斷面法。如何選擇正確的開挖方法是施工組織的重要依據(jù)，因此應(yīng)根據(jù)工程的實際情況綜合考慮，但必須符合安全第一、保證質(zhì)量和節(jié)約成本的要求，盡量達到規(guī)避或降低施工風(fēng)險、確保施工安全、節(jié)約投資成本以及加快施工進度和的目的。下文結(jié)合廣東云浮江羅高速王北凹探討雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖方法在隧道開挖過程中的應(yīng)用。

1、施工工藝特點

1.1隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法又稱眼鏡工法或雙側(cè)壁導(dǎo)洞法，是隧道開挖多種形式中的一種常見開挖方式。以巖體力學(xué)為基礎(chǔ)，新奧法為指導(dǎo)依據(jù)，充分發(fā)揮圍巖自承能力及支護能力，確保開挖過程中圍巖的穩(wěn)定。

1.2多工種序平行立體交叉作業(yè)，可以避免施工間相互干擾，確保施工進度。

1.3、施工過程中各項工序安排組織合理有序，同時必須加強洞內(nèi)施工管理和圍巖監(jiān)控量測。如果變形速率加速增加，應(yīng)立即停止開挖，加強支護，保證圍巖和初次襯砌處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2、適用范圍

此方法適合于四～五級的軟弱圍巖地層，地質(zhì)土層松散、圍巖較差條件下的淺埋暗挖、嚴格控制地表沉降量修筑的隧道。開挖斷面在宜在40～120平方米的隧道。

3、施工方法

王北凹隧道屬于高速公路隧道，地處廣東省云浮市境內(nèi)，分離式隧道，雙向四車道。隧道左線樁號LK96+920～LK100+671，總長度3751m，考慮到環(huán)保美觀及洞口實際地形，隧道進口采用端墻式洞門，出口采用削竹式洞門。其中出口端386米屬于Ⅴ級圍巖，洞口埋深52m，屬于淺埋地質(zhì)段，圍巖主要為砂質(zhì)粘性土、強風(fēng)化粉砂巖，考慮到施工過程方案的可靠及安全性，經(jīng)各方論證決定采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑進行開挖。

3.1、管棚

根據(jù)隧道洞口實際地形、地質(zhì)情況，王北凹隧道左、右線隧道羅定端洞口地段圍巖主要為砂質(zhì)粘性土、強風(fēng)化粉砂巖，左、右線洞口段36m范圍內(nèi)采用長管棚超前支護，保證安全進洞。

該管棚由鋼管和鋼架組成，并輔助錨桿和噴射混凝土，以確保施工質(zhì)量的穩(wěn)定可靠。采用Φ108mm無縫鋼管，壁厚6mm，節(jié)長12m，導(dǎo)向端做成尖形，有利于安裝，承壓端焊接鋼箍進行加強，管口末端應(yīng)預(yù)留1m左右止?jié){段，沿孔管壁呈梅花形布置注漿孔，孔徑10mm，間距50cm。根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況及設(shè)計要求，機械設(shè)備長度為40m，由于設(shè)置管棚段落過長，縱向兩組管棚的搭接長度不得小于3.0m，在現(xiàn)場用縱向連接筋焊接成型。超前大管棚施工結(jié)束檢驗合格后，在管棚的超前支護下，先進行上半斷面法開挖，上部開挖后及時進行拱部鋼拱架、錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土等初期支護，鋼拱架采用型鋼拱架，錨桿采用φ22鋼筋，噴射混凝土采用20號混凝土，鋼拱架的受力計算需要承受2～4m的松散巖體受力，采用型鋼拱架時，不計算噴射砼的受力。待完全作好拱部支護后，再開挖中下部土體，中下部開挖時左右兩側(cè)導(dǎo)洞交錯循環(huán)進行，等一側(cè)的鋼架和初期支護施工完畢后且穩(wěn)定后，再進行開挖另一側(cè)。

3.2、雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖及支護

王北凹隧道的斷面施工中，將大斷面從上下左右?guī)讉€小斷面。每一個斷面的施工過程中，都是單獨掘進，相互貫通后，就形成了大斷面隧道。施工工藝流程為：1→2→3→4→5→6，開挖過程遵循新奧法原理，土層能在短時間的達到自穩(wěn)。為了避免拱頂下沉，在初期支護時，仰拱應(yīng)與兩側(cè)導(dǎo)坑同步施作，及時閉合成環(huán)，再將兩側(cè)導(dǎo)洞的臨時支撐拆除，隧道的斷面因此形成。

在實際施工中，隧道兩側(cè)的導(dǎo)洞，通常分為上下臺階，在進行挖掘作用的過程中，也應(yīng)該按照實際工作的具體情況，分別進行上下臺階的挖掘作業(yè)。對于上臺階挖掘作業(yè)而言，采用人工挖掘的方式比較科學(xué)，臺階開挖長度控制在2～3米左右。在施工中，可以借助施工工具風(fēng)鎬，通過移動土方的方式，將土方過渡到下臺階，再利用專業(yè)的運輸車輛，將土方運送至指定區(qū)域。在結(jié)束上下臺階的挖掘作業(yè)之前，必須安排專業(yè)人員檢查臺階挖掘的長度、寬度以及深度，是否都符合施工相關(guān)標準。此外，結(jié)束上下臺階的挖掘作業(yè)后，還需要考慮初期支護的問題。不斷的實踐經(jīng)驗表明，初期支護工作的順利進行，需要借助開挖隧道過程中臨時設(shè)置的支撐結(jié)構(gòu)，使之可以逐漸呈現(xiàn)封閉的環(huán)狀。另外，在整個挖掘施工作用中，初期支護的需要不斷的借助各個部分的拱架，來完成閉合的環(huán)狀，促進施工的順利進行。

施工時兩側(cè)導(dǎo)洞交錯施工，左側(cè)3部的側(cè)導(dǎo)洞落后于另右側(cè)導(dǎo)洞1部3～5m，中導(dǎo)洞5部開挖初期支護落后最前面?zhèn)葘?dǎo)坑開挖面6～10m。隧道施工工法和工序間隔見下圖1所示。

3.2.1、兩側(cè)導(dǎo)坑上部開挖及支護

（1）上部開挖施工。在導(dǎo)坑開挖之前要加固處理巖體，可以采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿的技術(shù)方式，超前預(yù)支護的小導(dǎo)管桿體由Φ42mm熱軋無縫鋼管制作，壁厚4mm，長度為2.5m或3m。通過超前小導(dǎo)管的的加固處理技術(shù)，可以起到穩(wěn)定圍巖的作用。小導(dǎo)管通過注漿后具有較好的錨固力和抗拉力，而且具有較強的抗剪性能，加強了了巖層結(jié)構(gòu)面的摩擦力，使得層理間的滑動破壞程度得以有效控制，施工安全得以保障。由于上部斷面空間較小，在無法直接用機械進行挖掘作業(yè)的情況下，只能盡快的組織相關(guān)施工人員進行人工開挖作業(yè)。在人工開挖后，注意挖掘的深度要達到臺階的深度，一般人工開挖0.5米作為一個循環(huán)。同時，要注意邊挖掘邊線測量深度。開挖輪廓線，應(yīng)根據(jù)設(shè)計參數(shù)要求及現(xiàn)場實際圍巖情況確定超挖預(yù)留量，一般預(yù)留量為10～15cm。施工人員在挖掘作業(yè)中，必須注意超欠挖的問題，嚴格控制挖掘的深度。并且在處理挖掘面輪廓線時，時刻注意預(yù)應(yīng)力可能會產(chǎn)生的問題，注意人工挖掘的標準，使之可以最大限度的符合施工的相關(guān)規(guī)定，提高施工水平。開挖斷面輪廓線盡可能圓順，以防止應(yīng)力集中產(chǎn)生土層滑移或坍塌，另一側(cè)導(dǎo)坑上部開挖應(yīng)落后該導(dǎo)坑3～5m左右。

（2）上部斷面初期支護。①初噴：為了使在拱頂暴露的段面盡快地封閉起來，初噴要在開挖后立即進行，噴射混凝土要達到大約5cm的厚度。噴射混凝土作業(yè)時人工手持噴射搶，風(fēng)壓控制在0.45～0.70MPa之間，噴搶嘴距巖面距離在0.6～1.2m左右，為了防止回彈料脫落而導(dǎo)致回彈量增大，噴射料束應(yīng)與受噴面垂線成5°～15°夾角。根據(jù)噴射作業(yè)面凹凸及松散程度，分段落、分片、分層進行作業(yè)，由下向上，先墻后拱，螺旋移動。②、剛鋼架：鋼架制作必須符合設(shè)計規(guī)范，滿足施工要求，若有超挖情況應(yīng)及時調(diào)整拱架長度及弧度；型鋼拱架安裝時，拱腳處須以鎖腳導(dǎo)管或錨桿進行焊接固定，使之與鋼拱架形成一個共同的承載體系，同時要保證拱腳落底處于堅固的承載面。型鋼拱架安裝時，拱腳處須以鎖腳錨桿進行固定，同時要保證拱腳落底處于堅固的承載面。鋼拱架安裝應(yīng)清除兩側(cè)拱腳浮渣及其他雜物，確保兩拱腳應(yīng)放在牢固的基礎(chǔ)上。腳底超挖、拱腳標高不足時，應(yīng)用噴射混凝土填充；若拱架安裝后到拱腳標高小于20cm時，應(yīng)用C20混凝土澆筑填充，以保證拱架受力可靠、整體穩(wěn)定；若標高大于20cm處，以同規(guī)格型鋼拱架焊接厚14mm鋼板，通過螺栓連接接長落至堅實底面。同時，在施工鎖腳錨桿或?qū)Ч軙r，應(yīng)將錨桿或?qū)Ч芪捕藦澱劭劬o工字鋼背面，兩根鎖腳錨桿或?qū)Ч荛g距上下錯開50cm左右，并焊接固定，以充分發(fā)揮錨桿或?qū)Ч艿腻^固作用，提高鋼拱架的自承能力。③掛網(wǎng)：根據(jù)設(shè)計要求可采用單層或雙層鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片的規(guī)格為網(wǎng)格15×15cm，做成1.5m×0.7m，材料選用Φ8或Φ6鋼筋。初噴時網(wǎng)片應(yīng)密貼圍巖，復(fù)噴時應(yīng)與鋼架牢固連接，不允許有網(wǎng)片有脫落及外漏。④噴射混凝土：采用開山TK-600型轉(zhuǎn)子濕噴機噴護噴射混凝土，分次分層噴射，滲水段應(yīng)先通過打孔埋管方式將水集中引排，噴射砂層段第一層厚度為5cm左右。鋼拱架架立好之后，將循環(huán)的超前管棚從鋼架腹部打進去，將管口封好，達到設(shè)計的厚度為止，兩層噴射的時間間隔為15～20min，直至達到設(shè)計厚度為止。⑤鎖腳錨管：將兩根Φ42錨管打設(shè)在拱腳處，將其尾部彎折牢固地焊接在鋼架上。復(fù)噴混凝土的時，要注意將管口保護好，以免堵塞管口。待到噴砼結(jié)束后壓漿，錨固劑至少填充錨管長度的三分之二。

3.2.2、兩側(cè)下部開挖及支護

兩側(cè)導(dǎo)坑下部開挖空間較大，可以采用小型挖掘機進行開挖，周邊欠挖部分采用人工開挖，每循環(huán)進尺控制在1.0m以內(nèi)，上臺階超前下臺階3m，并在下臺階開挖前加設(shè)橫向臨時支撐。反坡開挖時掌子面若有水且水量較大，應(yīng)在掌子面靠近拱腳一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置集水坑，集水坑周邊必須架設(shè)護欄，護欄上掛設(shè)警示反光標志。利用機械將集水坑內(nèi)積水抽水至豎井集水井后排出洞外。永久與臨時初期支護同步進行，并及時封閉環(huán)狀，防止沉降過大，保證圍巖始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。兩側(cè)導(dǎo)洞下部施工工藝流程為：①施作臨時橫向支撐；②一側(cè)導(dǎo)洞下部開挖落后另一側(cè)導(dǎo)洞下部開挖5米；③兩側(cè)下部及仰拱開挖、每一循環(huán)進尺1.0米；④初噴開挖斷面、隧底及中導(dǎo)洞側(cè)面混凝土厚4～5cm；⑤安設(shè)永久及臨時鋼架、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、焊接聯(lián)接筋；⑥二次復(fù)噴混凝土達設(shè)計厚度；⑦檢測合格；⑧進入下一循環(huán)。

3.2.3、中間上部開挖及支護

待兩側(cè)洞初支施工完畢一定時間后經(jīng)測量觀測沉降量在允許范圍內(nèi)，方可開挖中間上部土體，落后最近一側(cè)導(dǎo)洞開挖初支面3～5米左右。中間上部施工工藝流程為：①施作超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固拱部巖層；②開挖土石方；③初噴導(dǎo)洞斷面及兩側(cè)混凝土厚4～5cm；④鋼拱架安設(shè)、焊縱向聯(lián)接筋；⑤掛設(shè)鋼筋網(wǎng)；⑥復(fù)噴混凝土達設(shè)計厚度；⑦檢測合格；⑧進入下一循環(huán)。

3.2.4、中間下部開挖及支護

檢查中隔板、中隔壁臨時支撐是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，收集各項測量監(jiān)控數(shù)據(jù)，項目部會同監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計院分析各部開挖支護后的變形收斂情況是否滿足設(shè)計及施工規(guī)范要求，圍巖狀態(tài)收斂基本穩(wěn)定后，經(jīng)各方同意方可開挖中間下部土體，下部開挖落后上部臺階斷面30～50米。施工工藝流程為：①圍巖收斂數(shù)據(jù)收集判定合格；②中間下部土體開挖；③安裝中間仰拱鋼拱架和鋼筋網(wǎng)；④噴混凝土封閉底部仰拱；⑤檢測合格；⑥拆除中隔板、中隔壁臨時支撐；⑦進入下一循環(huán)。

4、監(jiān)控量測

4.1、監(jiān)控量測的目的

由于王北凹隧道跨徑大，出口端覆蓋層較薄，且存在偏壓，因此監(jiān)控量測是必不可少的一項工作。為了確保施工安全，要及時掌握監(jiān)控量測信息，包括圍巖力學(xué)動態(tài)的反饋信息以及穩(wěn)定程度，支護以及襯砌的信息，對預(yù)測可能出現(xiàn)的施工安全隱患都具有可靠的參考價值，對確保圍巖穩(wěn)定，提高施工安全度具有重要的作用；按照“新奧法”原理，量測圍巖，可以對初期支護和二次襯砌的的施作時間以合理確定；通過量測圍巖和支護結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力，對支護構(gòu)件的作用與效果有所了解，可以對支護參數(shù)以及時修改，對施工方案予以優(yōu)化；采用這種方式積累了第一手資料，就可以在施工的過程中，以此為依據(jù)對圍巖級別予以調(diào)整，根據(jù)施工要求修改支護系統(tǒng)設(shè)計，為完善設(shè)計提供參考依據(jù)。它是確保施工及運營過程安全、指導(dǎo)施工作業(yè)程序、利于施工管理的重要手段。利用新奧法原理設(shè)計、施工的隧道，監(jiān)控量測是施工過程中必不可少的一項工作。

4.2、監(jiān)控量測項目指標

（1）挖掘后洞內(nèi)外情況觀察；

（2）水平相對凈空變化值的量測目標的實現(xiàn)情況；

（3）拱頂下沉量測指標是否符合施工標準；

（4）地表下沉量測的具體指標（淺埋隧道必測）；

5、安全措施

5.1將超前地質(zhì)預(yù)報工作做好，同時還要編制好施工組織設(shè)計方案，確保安全可行。做好突發(fā)事故的應(yīng)急預(yù)案。

5.2 監(jiān)控量測工作全面而及時，以達到良好的效果，對支護參數(shù)要及時調(diào)整，施工方案也要符合現(xiàn)場施工情況，控制好施工的進度。

5.3、在臨時支撐被拆除的時候，應(yīng)重點考慮側(cè)壁拆除的時間標準、拆除后時候能夠達到施工標準。另外，在側(cè)壁拆除的工作過程中，還應(yīng)遵循側(cè)壁拆除的專業(yè)技術(shù)標準，同時，按照施工規(guī)定，將側(cè)壁周邊的施工現(xiàn)場進行清理，以期可以更加合理的確定拱頂?shù)南鲁亮恳约皟艨帐諗恐档仁┕ぶ笜?。在拆除中隔板、中隔壁臨時支撐過程中以及側(cè)壁拆除之后，嚴格拱頂下沉增量，不可超過6mm。

5.4、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖雖然沉降量小，但水平收斂指標表現(xiàn)異常時，就應(yīng)考慮在兩側(cè)的導(dǎo)坑中間合理增加水平支撐度或者通過調(diào)整初期支護的工作，來達到支護拆除工作的維穩(wěn)目標。

6、結(jié)語

根據(jù)王北凹隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工的經(jīng)驗，對雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工特點作以總結(jié)。在施工過程中，通過利用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行施工，并注意重點解決分斷面依次開挖的相關(guān)問題，確保大斷面隧道可以分成幾部分循環(huán)安全作業(yè)。在實際施工中，必須遵循“短進尺，弱爆破，多循環(huán)，初期支護緊跟掌子面” 的原則進行施工，從而有效的保證了隧道結(jié)構(gòu)安全。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工安全，循環(huán)作業(yè)效率高，超欠挖現(xiàn)象明顯減少，地表沉降小，但進度緩慢，成本較高，影響整個隧道施工組織進度。

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