側(cè)壁導(dǎo)坑法在特大斷面隧道開挖中的應(yīng)用

項(xiàng)　斌

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310005）

側(cè)壁導(dǎo)坑法在特大斷面隧道開挖中的應(yīng)用

項(xiàng)斌*

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310005）

針對(duì)特大斷面隧道開挖難題，并結(jié)合中海石油大榭石化管廊隧道現(xiàn)場施工，介紹隧道進(jìn)口淺埋和Ⅴ級(jí)圍巖段遇到的施工難點(diǎn)和施工技術(shù)方案，闡述了側(cè)壁導(dǎo)坑法在對(duì)特大斷面隧道開挖中的施工方法和施工程序，并對(duì)拱頂下沉量、周邊收斂和地表下沉進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明：各監(jiān)測值均滿足規(guī)范要求，側(cè)壁導(dǎo)坑法為隧道的后期支護(hù)提供了良好的條件，對(duì)類似工程具有一定指導(dǎo)意義和參照價(jià)值。

隧道；特大斷面；淺埋；側(cè)壁導(dǎo)坑法

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展及土地資源的相對(duì)稀缺，在能源石化等工業(yè)建設(shè)領(lǐng)域開始利用地下空間，其不同于交通市政工程，具有斷面大的特點(diǎn)，因其受力扁平，隧道開挖后會(huì)產(chǎn)生較高程度的應(yīng)力集中，圍巖自承能力較差［1-2］。因此，需要有科學(xué)的開挖方案，施工中通常采取分布小斷面開挖、支護(hù)及時(shí)成環(huán)的方式來保障隧道開挖掘進(jìn)的安全［3］。側(cè)壁導(dǎo)坑法是目前特大斷面隧道施工中常采用的方法，又稱雙側(cè)壁導(dǎo)洞法或眼鏡工法［4］。屬于新奧法的一個(gè)分支，以新奧法基本原理為依據(jù)［5］，利用2個(gè)中隔壁把整個(gè)隧道大截面橫向分成3個(gè)小截面施工，兩側(cè)導(dǎo)洞先行，中間截面緊跟其后（見圖1）；前期支護(hù)成環(huán)形后，即可拆除兩側(cè)中隔壁，形成全斷面。

圖1　雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法工序示意圖

中海油大榭石化管廊隧道設(shè)計(jì)鋪設(shè)各類管道70余根，隧道跨度大，地質(zhì)條件復(fù)雜，其成功的修建對(duì)以后特大斷面隧道施工有一定借鑒作用。針對(duì)淺埋與V級(jí)圍巖段，設(shè)計(jì)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，并進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化來確保安全、快速地完成隧道開挖，充分利用圍巖的自穩(wěn)能力，最大程度的保證施工安全。

1　工程概況

1.1周邊環(huán)境概況

中海石油大榭石化管廊隧道位于寧波大榭島，是大榭石化三期項(xiàng)目（總投資約150億元）的控制性工程。隧道全長1359m，典型開挖斷面228m2，寬19.4m，高14.3m，建成后凈高10.5m，凈寬17.1m。隧道進(jìn)口位于太平村，緊靠民房，出口緊臨交通干道環(huán)島路，距道路約30m。整個(gè)工程施工環(huán)境復(fù)雜，施工過程的安全、環(huán)保、文明施工要求高，要符合中海石油公司內(nèi)部HSE認(rèn)證體系的有關(guān)要求。

1.2工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

隧道位于大榭太平村與關(guān)外村之間低山區(qū)，巖體單薄，屬低山丘陵地貌。隧道最小埋深約6m，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖占47%，通過5條斷層。不良地質(zhì)有斷層破碎帶、巖石風(fēng)化節(jié)理密集帶等，其中出口淺埋段為殘坡積碎石土，地下水豐富，主要為裂隙性潛水。

2　技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）出口殘坡積碎石土段淺埋暗挖（埋深6～15m），給施工帶來很大影響。

（2）大跨度淺埋且Ⅴ級(jí)圍巖自穩(wěn)能力差，開挖過程中需要有效控制變形防止坍塌事故的發(fā)生。

（3）由于地下水資源較為豐富，使土體處于塑性狀態(tài)，開挖斷面土體的穩(wěn)定性變得極差，因此土體的沉降收斂值變得過大。

3　施工處理措施

3.1處理原則

（1）根據(jù)中海石油大榭石化管廊隧道進(jìn)口段的圍巖特點(diǎn)及施工過程中出現(xiàn)問題及難點(diǎn)，在進(jìn)行現(xiàn)場勘查、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、設(shè)計(jì)文件及監(jiān)控量測等資料的分析研究后，確定該隧道圍巖加固處理原則為：提高圍巖自我穩(wěn)定的能力，加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，保證隧道底部地基承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，確保施工過程和運(yùn)營安全。

（2）遵循“管超前、少擾動(dòng)、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的施工原則，做到快速開挖、快速支護(hù)、初支仰拱及時(shí)封閉成環(huán)，仰拱襯砌緊跟。

3.2處理方案

參考國內(nèi)外成功施工過大跨度隧道的經(jīng)驗(yàn)，將隧道所途徑的特殊地段視為重點(diǎn)進(jìn)行考慮，并通過對(duì)各個(gè)地質(zhì)條件的分析，確定本工程施工方案為淺埋段與V級(jí)圍巖段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，其輔助措施如下：

（1）超前支護(hù)方式。根據(jù)開挖段現(xiàn)場施工實(shí)際情況，采用?108mm長管棚、雙層?42mm小導(dǎo)管注漿等方式進(jìn)行超前支護(hù)。

（2）減震控制爆破。由于施工區(qū)施工環(huán)境復(fù)雜，周邊攢在抗震性能差的建（構(gòu)）筑物，進(jìn)行淺埋隧道爆破開挖施工，需要采用減震控制爆破技術(shù)，以避免地表建筑物免受爆破震動(dòng)的危害。

4　雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

隧道進(jìn)口K0+000～K0+030、K0+030～K0+120段為V級(jí)圍巖，巖石風(fēng)化程度高，巖體破碎；出口K1+ 328～K1+359段為淺埋段，最小埋深僅為6m；K1+ 290～K1+328段為強(qiáng)風(fēng)化層。針對(duì)上述地段隧道成形困難、穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，經(jīng)反復(fù)論證決定采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際采取不同的施工輔助措施。其中K0+000～K0+030、K1+328～K1+359淺埋洞段采取?108mm長管棚注漿法，其余地段采取雙層?42mm小導(dǎo)管注漿法。

4.1施工方法

由于該隧道開挖斷面大，工作面易失穩(wěn)定，將原工序調(diào)整為左右側(cè)壁開挖均采取7部開挖支護(hù)的形式，即將圖1中①部分成2小部，將②、③部分成3部分，雙側(cè)壁導(dǎo)洞橫斷面施工工序示意圖如圖2所示。左右兩側(cè)導(dǎo)洞開挖進(jìn)度間隔20m，拱頂開挖與側(cè)壁開挖間隔20m，中間核心土部分滯后上部兩側(cè)側(cè)壁仰拱混凝土封閉10m開挖，最后開挖中下部仰供，采用每拆除4榀臨時(shí)拱架（2m）并及時(shí)封閉中間仰供混凝土完成一次循環(huán)過程的形式。雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖工序縱斷面示意圖和平面示意圖見圖3。

圖2　Ⅴ級(jí)圍及淺埋段巖開挖工序橫斷面示意圖

圖3?、跫?jí)圍及淺埋段巖開挖工序縱斷面示意圖和平面示意圖

4.2作業(yè)程序

（1）①采用?108mm長管棚、雙層?42mm小導(dǎo)管注漿等方式進(jìn)行超前支護(hù)。②開挖①部側(cè)壁上導(dǎo)坑，每拆除4榀臨時(shí)拱架及時(shí)噴射8cm厚混凝土封閉掌子面③在①部側(cè)壁周邊進(jìn)行初期支護(hù)即掛網(wǎng)噴射4cm厚的混凝土，安裝Ⅰ22鋼拱架④復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，并加設(shè)徑向錨桿。

（2）①滯后①部10m開挖②部側(cè)壁上導(dǎo)坑，每拆除4榀臨時(shí)拱架及時(shí)噴射8cm厚混凝土封閉掌子面②在②部側(cè)壁周邊進(jìn)行初期支護(hù)即掛網(wǎng)噴射4cm厚的混凝土，安裝Ⅰ22鋼拱架③復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，并加設(shè)徑向錨桿。

（3）①滯后②部10m即左右側(cè)壁錯(cuò)開20m開挖③部側(cè)壁上導(dǎo)坑，每拆除4榀臨時(shí)拱架及時(shí)噴射8cm厚混凝土封閉掌子面②在③部側(cè)壁周邊進(jìn)行初期支護(hù)即掛網(wǎng)噴射4cm厚的混凝土，安裝Ⅰ22鋼拱架③復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，并加設(shè)徑向錨桿。

（4）滯后③部10m開挖④部側(cè)壁上導(dǎo)坑，每拆除4榀臨時(shí)拱架及時(shí)噴射8cm厚混凝土封閉掌子面，施加初期支護(hù)，步驟及工序同（2）。

（5）拱部開挖支護(hù)在左右側(cè)壁完成后進(jìn)行，滯后④部10m開挖⑤拱部，預(yù)留核心土環(huán)形開挖后噴射初期支護(hù)，架設(shè)拱部Ⅰ22鋼拱架，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，并加設(shè)徑向錨桿。

（6）⑥部核心土在⑤拱部開挖支護(hù)完成后滯后10m開挖，噴射8cm厚的混凝土封閉掌子面。

（7）⑦部滯后⑥部10m開挖，噴射8cm厚混凝土封閉掌子面，并及時(shí)施作仰拱。

（8）按照（1）～（7）的施工步驟循環(huán)施工，每循環(huán)一次，做好初期支護(hù)，再繼續(xù)開挖。

（9）根據(jù)現(xiàn)場情況或變形收斂后，一次性灌注拱墻二次襯砌。

5　監(jiān)控量測

5.1監(jiān)測內(nèi)容

在施工中監(jiān)控量測是保證正常施工的重要一環(huán)，對(duì)保障隧道安全施工建設(shè)和運(yùn)營有著重要的意義。監(jiān)測數(shù)據(jù)可為評(píng)估施工方法可操作性、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性以及了解圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力特性提供了準(zhǔn)確的參考依據(jù)，為隧道二次襯砌的施工時(shí)間提供了決定性的意義［6］。

根據(jù)中海石油大榭石化管廊隧道的地形地質(zhì)條件、支護(hù)類型和施工方法等特點(diǎn)，為了在設(shè)計(jì)、施工中確保圍巖的穩(wěn)定，這里主要介紹必測項(xiàng)目中拱頂下沉量量測、周邊收斂量側(cè)和地表下沉量測。

5.2監(jiān)測結(jié)果及分析

根據(jù)中海石油大榭石化管廊隧道沿線地形地質(zhì)條件，對(duì)巖體破碎，巖石分化分度高的隧道出口淺埋段K1+310～K1+359段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，量測項(xiàng)目為：拱頂下沉量量測、周邊收斂量側(cè)和地表下沉量測，其中選取K1+310、K1+323、K1+335、K1+343和K1+353這5個(gè)監(jiān)測斷面進(jìn)行拱頂下沉量和周邊收斂量側(cè)，并布置1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3這6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)對(duì)隧道出口段地表沉降量進(jìn)行監(jiān)測，周量測結(jié)果見表1、表2。

表1　拱頂沉降、周邊收斂監(jiān)測統(tǒng)計(jì)表

表2　隧道出口地表下沉監(jiān)測統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)該隧道設(shè)計(jì)要求［7］和《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》［8］中安全允許標(biāo)準(zhǔn)，表1和表2中各項(xiàng)監(jiān)測的變形量和變形速率均較小，符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范中所規(guī)定安全允許變形范圍。因此，可以認(rèn)為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在中海石油大榭石化管廊隧道實(shí)際施工應(yīng)用中加強(qiáng)了圍巖的自我承受能力，增加了圍巖的自我穩(wěn)定時(shí)間，提供了充分的施作空間來進(jìn)行后續(xù)的支護(hù)，保證了整個(gè)隧道開挖過程的施工安全。

6　結(jié)束語

（1）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖支護(hù)中，先把左右側(cè)壁的仰拱封閉施工完成后，再對(duì)中間拱部進(jìn)行施工，并及時(shí)對(duì)仰供進(jìn)行封閉，對(duì)拱頂沉降和周邊收斂以及隧道進(jìn)口處地表沉降控制效果較好，對(duì)支護(hù)的穩(wěn)固起很大作用。

（2）淺埋地段大跨度隧道開挖支護(hù)，采用長管棚注漿法經(jīng)實(shí)踐證明是比較成功的，對(duì)工程施工安全非常有利。

（3）對(duì)淺埋及復(fù)雜地層的大跨度隧道開挖風(fēng)險(xiǎn)依然較大，一定要以信息化指導(dǎo)施工，各項(xiàng)監(jiān)控量測手段及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作及時(shí)跟上，及時(shí)的量測和反饋對(duì)后續(xù)支護(hù)措施的布置和施作提供重要信息和依據(jù)，從而保證隧道開挖過程的施工安全

（4）臨時(shí)支撐的拆除存在支護(hù)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，因此在臨時(shí)支撐拆除前后應(yīng)加大各項(xiàng)監(jiān)控量測的頻率，監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時(shí)采取相關(guān)措施。

（5）要做好控制爆破施工，防止爆破時(shí)對(duì)相鄰支護(hù)拱架產(chǎn)生破壞。

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U455.41

B

1004-5716（2016）08-0209-04

2016-04-11

項(xiàng)斌（1971-），男（漢族），浙江龍游人，工程師，現(xiàn)從事隧道與邊坡方面的施工工作。