雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

付貴生

摘 要：本文主要結(jié)合苞谷壟隧道施工對(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工工藝進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：偏壓；淺埋；超前支護(hù)；開(kāi)挖順序

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 地理位置及周邊環(huán)境

苞谷壟隧道是為穿越苞谷壟山丘及高壓輸電線(xiàn)而設(shè)，位于湖南省湘潭縣九華鄉(xiāng)，隧道進(jìn)口位于丘前緩坡上，隧道進(jìn)口里程DK24+480；隧道出口位于丘前緩坡，出口里程DK24+900，隧道全長(zhǎng)420m，為雙線(xiàn)単洞隧道。設(shè)計(jì)軌頂面標(biāo)高為+62.9312m，開(kāi)挖頂面高程為+72.8112m，底面高程為+60.2312，本隧道最大埋深為17.2m，最小埋深為2.38m。DK24+770～DK24+782之間為民房及湘望公路，地面標(biāo)高為81.65m，距離隧道頂最大埋深僅為8.8m。

1.2 工程特點(diǎn)

⑴凈空面積大

采用高速鐵路建筑限高，軌面以上凈空橫斷面面積100㎡，隧道內(nèi)線(xiàn)間距5m（曲線(xiàn)地段及錨段襯砌不考慮加寬）。

⑵埋深淺

隧道最最小埋深2.38m，在隧道施工中容易出現(xiàn)失穩(wěn)、坍方等，對(duì)圍巖支護(hù)要求高，影響隧道施工進(jìn)度。

⑶地質(zhì)復(fù)雜

本隧道地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道洞身巖石破碎、富含地下水、黏土及泥質(zhì)粉砂巖具有膨脹性和節(jié)理裂隙較發(fā)育等諸多不利地質(zhì)，粉質(zhì)粘土及泥質(zhì)粉砂巖具氯鹽侵蝕，環(huán)境作業(yè)等級(jí)為L(zhǎng)1。

1.3 工程數(shù)量

本隧道主要工程可分為明洞、暗洞及出口三個(gè)部分，詳見(jiàn)表1。

表1 主要工程數(shù)量

名稱(chēng) 單位 數(shù)量 起止里程 備注

進(jìn)口洞門(mén) m 19 DK24+480～DK24+499 帽檐式

進(jìn)口明洞 m 6 DK24+499～DK24+505 對(duì)稱(chēng)式路塹式明洞

暗洞 m 295 DK24+505～DK24+800 Ⅴ圍巖

出口明洞 m 81 DK24+800～DK24+881 對(duì)稱(chēng)式路塹式明洞

出口洞門(mén) m 19 DK24+881～DK24+900 帽檐式

2 工法選擇

隧道施工工法的選擇主要從安全、質(zhì)量、進(jìn)度三方面進(jìn)行考慮。

2.1 安全性考慮

安全方面主要考慮開(kāi)挖過(guò)程中的穩(wěn)定性，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的工法設(shè)計(jì)原理是將一個(gè)大斷面分為三個(gè)小斷面，配合超前支護(hù)錨桿及壓漿對(duì)破碎圍巖進(jìn)行穩(wěn)定，對(duì)引起偏壓的順層薄弱巖層進(jìn)行固定，且三個(gè)區(qū)域由曲面分隔，減小了應(yīng)力集中。與等級(jí)類(lèi)似圍巖常采用的CD、CRD法等相比都更為安全可靠。適合本隧道復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。

2.2 施工質(zhì)量保證

質(zhì)量問(wèn)題在本隧道施工中，主要體現(xiàn)在隧道斷面線(xiàn)型控制及下穿公路段公路地表沉陷的控制。由于其工法特點(diǎn)，每個(gè)分塊都是在開(kāi)挖后立即各自閉合的，所以在施工中間變形幾乎不發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所引起的地表沉陷僅為短臺(tái)階法的1/2。質(zhì)量上滿(mǎn)足要求。

2.3 工期保證

施工過(guò)程中，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法較其他開(kāi)挖工法在臨時(shí)支撐的數(shù)量上與開(kāi)挖斷面的分隔上都更為復(fù)雜，進(jìn)度上會(huì)有影響，但本隧道暗洞僅有259m，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工期風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍內(nèi)。按雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對(duì)隧道施工循環(huán)工期做出排布，工期排布詳見(jiàn)

表2 隧道作業(yè)循環(huán)計(jì)劃時(shí)間表

洞身開(kāi)挖作業(yè) 襯砌 循環(huán)時(shí)間

項(xiàng)目 工序時(shí)間（h） 項(xiàng)目 工序時(shí)間（h）

地質(zhì)預(yù)報(bào) 1 臺(tái)車(chē)就位 1.5

測(cè)量放線(xiàn) 1 打脫模劑 1.5

超前支護(hù) 4 封擋頭板 2

鉆爆及出碴 5 澆砼 10

通風(fēng)排煙、排險(xiǎn) 1.5 養(yǎng)護(hù) 36

初期支護(hù) 3.5 脫模清理 3

循環(huán)時(shí)間總計(jì) 16 合計(jì) 54

⑴圍巖開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)度指標(biāo)：

600小時(shí)/月（2班倒） ×0.8m/循環(huán)=30m/月

16小時(shí)/循環(huán)

⑵襯砌作業(yè)進(jìn)度指標(biāo)：

600小時(shí)/月（2班倒） ×12m/循環(huán)=160m/月，按100m/月考慮。

54小時(shí)/循環(huán)

襯砌進(jìn)度受開(kāi)挖進(jìn)度控制，襯砌與開(kāi)挖要保持合理的間距。

綜上，本隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開(kāi)挖在安全、質(zhì)量及進(jìn)度上均有可行性。

3 工藝介紹

3.1 開(kāi)挖作業(yè)流程

超前支護(hù)（超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)）→開(kāi)挖（每次開(kāi)挖為0.6至1.2m，即1至2榀型鋼支架的距離）→濕噴混凝土封閉掌子面→安裝型鋼支撐（包括永久支撐與臨時(shí)支撐）→插打鎖腳錨管，并與已安裝型鋼焊接牢固（連接采用“L”型鋼筋）→安裝鋼筋網(wǎng)片→濕噴混凝土→按規(guī)范驗(yàn)收噴射混凝土面→完成初支→防水施工→二襯施工。

3.2 施工工藝

⑴超前支護(hù)

超前支護(hù)措施主要有：超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前錨桿等，在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中使用最多的是超前小導(dǎo)管，現(xiàn)以超前小導(dǎo)管為例進(jìn)行工藝說(shuō)明。

圖2 超前小導(dǎo)管施工示意圖

小導(dǎo)管采用Φ42熱軋無(wú)縫鋼管加工，其縱向搭接長(zhǎng)度不小于1m。

采用YT-28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，人工安裝超前小導(dǎo)管并與鋼架焊接固定，小導(dǎo)管外插角符合設(shè)計(jì)，用注漿泵進(jìn)行注漿作業(yè)，注入水泥單液漿，注漿壓力一般為0.8MPa，施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定合理的注漿參數(shù)。

小導(dǎo)管在構(gòu)件加工廠(chǎng)制作，前端做成尖錐形，尾部焊接φ8mm鋼筋加勁箍，管壁上每隔15cm交錯(cuò)鉆眼，眼孔直徑為6～8mm。

鉆孔完畢后，將小導(dǎo)管按設(shè)計(jì)要求插入孔中，圍巖軟弱地段用游錘或鑿巖機(jī)直接將小導(dǎo)管沿格柵鋼架中部打入，尾部與鋼架焊接到一起，共同組成預(yù)支護(hù)體系。注漿前先噴射混凝土5～10cm封閉掌子面作止?jié){墻，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，結(jié)束注漿。注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)注漿試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。注漿作業(yè)中認(rèn)真填寫(xiě)注漿記錄，隨時(shí)分析和改進(jìn)作業(yè)，并注意觀察施工支護(hù)工作面的狀態(tài)。開(kāi)挖前試挖掌子面，無(wú)明顯滲水時(shí)進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。

⑵開(kāi)挖

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖工藝詳見(jiàn)圖3。側(cè)壁導(dǎo)坑、中央部上部、中央部下部錯(cuò)開(kāi)一定距離后平行作業(yè)。側(cè)壁導(dǎo)坑可采用短臺(tái)階法開(kāi)挖，左右側(cè)壁導(dǎo)坑施工同步進(jìn)行。當(dāng)量測(cè)顯示支護(hù)體系穩(wěn)定，變形很小時(shí)，可適當(dāng)加大循環(huán)進(jìn)尺。

圖4錨桿工藝流程圖

⑶系統(tǒng)支護(hù)

系統(tǒng)支護(hù)主要由系統(tǒng)錨桿（中空錨桿、徑向砂漿錨桿）、鋼筋網(wǎng)、型鋼鋼架及其上復(fù)噴的混凝土構(gòu)成，本處就系統(tǒng)錨桿施工進(jìn)行介紹。

在軟巖土層中施作時(shí)，需環(huán)向隔開(kāi)一定距離隔孔鉆進(jìn)，避免巖體注水太多可能導(dǎo)致圍巖面滑坍。

在灰漿達(dá)到初始設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可上緊墊板及螺母。

完成整個(gè)注漿后，應(yīng)及時(shí)清洗及保養(yǎng)注漿泵。

4 結(jié)語(yǔ)

雖自1962年Rabcewicz教授在國(guó)際巖石力學(xué)會(huì)議中首先系統(tǒng)化地介紹新奧法（NATM）已經(jīng)50有余年，但在工程實(shí)踐中總會(huì)遇到新的問(wèn)題。超前支護(hù)、開(kāi)挖、初支、防水、二襯及附屬施工在工藝上均存在提升的空間。緊扣本文主題，現(xiàn)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析：

⑴在實(shí)際操作中工期比預(yù)計(jì)有延遲。通過(guò)分析與對(duì)比，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法與其他工法相比，如CD法（中隔壁法）其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在臨時(shí)支撐上。實(shí)際施工時(shí)，中間的兩道弧形臨時(shí)支撐鋼架拆除費(fèi)時(shí)、費(fèi)力（實(shí)踐中采取鑿除混凝土后割斷的方案，效率較低）拆除后接頭影響初支面的平整，且拆除鋼架大多因?yàn)閲?yán)重變形而導(dǎo)致重復(fù)利用率很低，這也造成了成本的增加與資源的浪費(fèi)。筆者認(rèn)為在臨時(shí)支架與主拱圈型鋼支架的接頭形式上進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)易拆卸的接頭是解決問(wèn)題突破口，當(dāng)然須在滿(mǎn)足隧道安全受力的前提下進(jìn)行改進(jìn)。

⑵治水。在本隧道施工過(guò)程中雨季隧道內(nèi)地下水涌出量較大，給施工帶來(lái)了很大的不便，且同時(shí)增加了隧道施工的安全風(fēng)險(xiǎn)。雖然采取了注漿、引流、抽水等相關(guān)措施，但雨季隧道施工中水對(duì)工程的阻礙還是很明顯。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的反復(fù)觀察，后決定采取加強(qiáng)地面排水的方式解決問(wèn)題，特別是湘望公路公路附近淺埋區(qū)域的地面排水（增修截水溝、排水溝將水引至如相鄰路基的排水系統(tǒng)），取得了較好效果。

⑶作業(yè)空間小。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相對(duì)于CD法、臺(tái)階法等，作業(yè)空間明顯狹小且零碎，不便作業(yè)。特別是徑向系統(tǒng)錨桿的插打，因空間限制顯得格外吃力。筆者認(rèn)為結(jié)合各工序制作一些適應(yīng)狹小空間的輔助臺(tái)架是解決問(wèn)題的一個(gè)辦法，但想從根本上解決問(wèn)題，還是要多與設(shè)計(jì)人員溝通，進(jìn)行一定的變更與改進(jìn)，做到設(shè)計(jì)與施工工法相適應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

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