岔區(qū)大跨度隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前施工技術(shù)

黃選軍

摘要： 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝繁雜，交叉施工多，開挖和初期支護(hù)的進(jìn)度受施工工法、勞動力配置、設(shè)備選型等因素的影響，與CRD法和臺階法相比，施工進(jìn)度慢、效率低、成本高。而隧道岔區(qū)大跨段的開挖方法往往包括臺階法、CD或CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或其組合方法，因此，施工過程中如何合理組織施工就是需要解決的實際問題。本文以成渝客專新中梁山隧道大跨段施工為例，介紹雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前施工工藝的優(yōu)化，為類似工程提供借鑒。

Abstract： Double side wall pilot construction is complex with a lot of cross construction. The progress of excavation and initial support is affected by factors such as construction method， labor force allocation， equipment selection and so on. Compared with the CRD method and the step method， it has slow construction progress， low efficiency and high cost. The excavation method of the large cross section of the tunnel turnout often includes step method， CD or CRD method and double side wall pilot method or combination method， so reasonable organization of construction is the practical problem to be solved. Based on the construction of the large span section of Xinzhongliang Mountain Tunnel of Chengdu-Chongqing passenger dedicated line， This paper introduces the optimization of the construction technology of double-side wall pilot， which can provide reference for similar projects.

關(guān)鍵詞： 岔區(qū)；大跨度；雙側(cè)壁；導(dǎo)坑超前

Key words： fork area；large span；double side wall；pilot advance

中圖分類號：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）23-0104-04

0 引言

大跨度隧道具有斷面大、施工工作面多的特點，因此在多次開挖擾動后容易導(dǎo)致圍巖收斂和沉降變形量增大。目前適用于大跨度隧道的開挖方法主要有臺階法、CD或CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。其中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（見圖1）適用于圍巖較差的Ⅴ級圍巖條件下的大跨度隧道開挖，其利用[1]中隔壁把隧道大斷面分成左中右3個小斷面，左、右導(dǎo)洞先行，中間斷面隨后施工；初期支護(hù)仰拱成環(huán)后，拆除兩側(cè)導(dǎo)洞臨時支撐，形成全斷面。兩側(cè)導(dǎo)洞斷面近似橢圓，周邊輪廓圓順，避免應(yīng)力集中，有利于控制拱頂下沉。該方法主要適用于粘土層、砂層、砂卵石層等地層，在比較破碎的白云巖、灰?guī)r、鹽溶角礫巖和泥巖地層，設(shè)計也選用此方法施工大跨度隧道。

傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法存在施工工序較多，施工速度慢，施工循環(huán)距離長，斷面閉合時間長等不足，因此，依據(jù)實際對該工法進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化具有一定的現(xiàn)實意義。

1 工程背景

新中梁山隧道為成渝鐵路客運(yùn)專線的控制性工程，采用左、右線分修，其中左線長4124m，右線長4119m，兩隧線間距在19 ～65m之間。該隧道內(nèi)共設(shè)置了三處大跨段，分別引出重慶北左聯(lián)絡(luò)線、重慶北右聯(lián)絡(luò)線和重慶西右聯(lián)絡(luò)線。

三個大跨段均采用錯臺式變截面過渡方式，最大開挖寬度21m，高度16.82m，最大開挖斷面274m2，是普通雙線隧道斷面的2倍以上（具體斷面見圖2）。其中重慶北左聯(lián)絡(luò)線大跨段長230m，重慶北右聯(lián)絡(luò)線和重慶西右聯(lián)絡(luò)線大跨段長253m，其平面布置詳見圖3。

大跨段施工工藝復(fù)雜，斷面變化頻繁，有臺階法、臺階法加臨時仰拱、CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等多種開挖工法；而且在新中梁山右線隧道內(nèi)有兩處大跨段，大跨段之間為277m單線隧道，采用臺階法開挖；因此，在右線隧道783m范圍內(nèi)需要頻繁轉(zhuǎn)換開挖工法、頻繁變跨以及實施注漿堵水，加上大跨段襯砌和普通單線隧道襯砌需要兩臺襯砌臺車施工，如何合理組織各施工工序，優(yōu)化資源配置和施工工藝變得尤其重要。

2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前施工優(yōu)化設(shè)計

2.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工設(shè)計

以新中梁山右線隧道為例，重慶北右聯(lián)絡(luò)線隧道大跨段雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工長度為60m，重慶西右聯(lián)絡(luò)線隧道大跨段雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工長度為35m，其常規(guī)施工步驟（工序橫斷面圖見圖1）如下[2]：（1）在各部縱向錯開一段距離后，依次開挖支護(hù)①～⑦部；（2）開挖仰拱（⑧部），架設(shè)仰拱型鋼鋼架，使整個初支鋼架封閉成環(huán)；（3）根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂趨于穩(wěn)定后，拆除臨時鋼架及臨時橫撐，灌注邊墻基礎(chǔ)及仰拱混凝土。

2.2 施工組織及工藝優(yōu)化

右線隧道兩個大跨段先由雙側(cè)壁導(dǎo)坑法轉(zhuǎn)換至CRD法，再由CRD法轉(zhuǎn)換至CD法，最后由CRD（CD）法轉(zhuǎn)換至臺階法。為盡快將雙側(cè)壁導(dǎo)坑法轉(zhuǎn)換到CRD法兩個側(cè)壁導(dǎo)坑施工，對原設(shè)計方案進(jìn)行了優(yōu)化。

2.2.1 側(cè)壁導(dǎo)坑超前施工

保留中隔壁暫不施工，先利用兩個側(cè)壁導(dǎo)坑向前施工至CRD法地段進(jìn)行工法轉(zhuǎn)換，然后再由CRD（CD）法轉(zhuǎn)換至臺階法，在臺階法地段按正常工序施工仰拱、二襯，預(yù)留中隔壁和仰拱開挖待大跨段施工完成，進(jìn)入普通單線隧道后再組織施工（具體詳見圖4）。

2.2.2 側(cè)壁導(dǎo)坑臨時支撐調(diào)整

將原側(cè)壁上臺階臨時仰拱改為在側(cè)壁頂部和側(cè)壁下臺階底部安設(shè)臨時橫撐，增加側(cè)壁支撐剛度，并將側(cè)壁導(dǎo)坑底部澆筑30 cm厚C25混凝土臨時仰拱，使側(cè)壁導(dǎo)坑封閉成環(huán)。通過調(diào)整雙側(cè)壁導(dǎo)坑臨時支撐的位置解決側(cè)壁下臺階大型機(jī)械設(shè)備操作空間不足的問題，優(yōu)化后設(shè)備配置為：側(cè)壁導(dǎo)坑上、下臺階施工均采用CAT220型挖掘機(jī)配合人工進(jìn)行開挖，ZL50型側(cè)翻裝載機(jī)配合自卸汽車進(jìn)行裝渣。

2.2.3 中隔壁預(yù)加固

增加措施：（1）對原中隔壁中間巖柱進(jìn)行注漿加固。（2）將中隔壁臨時支護(hù)原設(shè)計Φ22系統(tǒng)徑向錨桿改為Φ25精軋螺紋鋼筋對拉錨桿[3]。左右側(cè)壁開挖完成一段距離后，采用在側(cè)壁鋼架底部以上1.5m打設(shè)穿透中間巖柱的Φ25對拉錨桿，環(huán)向間距1m，縱向間距與初支鋼架間距一致，呈梅花形布置。對拉錨桿兩端采用20mm厚錨墊板和配套螺母與鋼架連接牢固。

優(yōu)化后，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法超前施工的兩個側(cè)壁采用兩套獨(dú)立的風(fēng)、水、電力線路，互不干擾，提高了施工效率，如圖5所示。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 雙側(cè)壁超前導(dǎo)坑法施工工藝

3.1.1 超前導(dǎo)坑施工

（1）利用鋼架施作隧道側(cè)壁導(dǎo)坑超前支護(hù)，先開挖左側(cè)壁上臺階（如圖5①部），施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)，在導(dǎo)坑頂部安裝臨時橫撐，鉆設(shè)Φ42鎖腳錨管后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。

（2）滯后于左側(cè)壁上臺階20m后，開挖左側(cè)壁下臺階（如圖5②部），施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時支護(hù)，安設(shè)導(dǎo)坑底部臨時橫撐，并澆筑30cm厚C25混凝土臨時仰拱。

（3）滯后于左側(cè)壁下臺階5m后，開挖右側(cè)壁上臺階（如圖5③部），步驟及工序與①部相同。

（4）滯后于右側(cè)壁上臺階20m后，開挖右側(cè)壁下臺階（如圖5④部），步驟及工序與②部相同。下臺階開挖完成5 m后施工中隔壁Φ25精軋螺紋鋼筋對拉錨桿。

3.1.2 保留中隔壁暫不施工。先利用兩個側(cè)壁導(dǎo)坑向前施工至CRD法地段進(jìn)行工法轉(zhuǎn)換，然后再由CRD（或CD）法轉(zhuǎn)換為臺階法，大跨段開挖完成后進(jìn)入普通單線隧道繼續(xù)向前施工。

3.1.3 待CRD（或CD）法施工段落初期支護(hù)收斂變形趨于穩(wěn)定后，拆除中間臨時橫撐，開挖仰拱并澆筑混凝土，使整個大跨初支封閉成環(huán)。

3.1.4 仰拱施工完成40m后，開始組織二襯施工。大跨段二襯先由大里程向小里程方向施工，待雙側(cè)壁超前導(dǎo)坑法段落中隔壁施工完畢后再施工剩余仰拱及襯砌。

3.1.5 剩余中隔壁反向施工，采用臺階法開挖，具體工藝如下：

（1）開挖支護(hù)⑤～⑦部，采用人工配合機(jī)械掏渣。

上臺階施工10m后，開始拆除中隔壁臨時鋼架，拆除時采用左右側(cè)跳拆的方法，保證有臨時鋼架支撐。拆除2榀臨時鋼架后，開挖中臺階，下臺階滯后中臺階5～10m。

（2）開挖仰拱（⑧部）。下臺階施工完成20m，根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析初期支護(hù)收斂變形趨于穩(wěn)定后，拆除8m鋼拱架和臨時橫撐，開挖仰拱。先左、右側(cè)交錯開挖，再開挖中間部位，一次開挖長度為3m，使整個大跨初支鋼架封閉成環(huán)。

（3）仰拱及填充混凝土施工。隧底初支施工6m后，綁扎仰拱鋼筋并立模，灌注仰拱及填充混凝土，仰拱一次澆筑長度為5m。

3.2 隧道開挖及初期支護(hù)施工

3.2.1 隧道開挖

大跨度隧道采用控制爆破法開挖，爆破振速控制在5 cm/s以內(nèi)，以減少爆破振動對周邊圍巖的影響。

左右側(cè)壁導(dǎo)坑均采用兩臺階法開挖，仰拱每循環(huán)開挖進(jìn)尺不得大于3m，開挖后及時施作初期支護(hù)并封閉成環(huán)。

中隔壁采用三臺階施工，設(shè)計左右側(cè)壁導(dǎo)坑和中隔壁開挖斷面時要注意單個側(cè)壁導(dǎo)坑斷面面積必須要大于中隔壁開挖斷面，在一個側(cè)壁導(dǎo)坑運(yùn)輸棄渣時，另外一個側(cè)壁可正常通行，以保證前方其它工序的正常作業(yè)。

3.2.2 初期支護(hù)施工

大跨段的初期支護(hù)措施包括超前管棚、超前小導(dǎo)管、鎖腳錨管、錨桿、型鋼鋼拱架和噴射混凝土等。

超前中管棚采用長10m的Φ89鋼花管，壁厚6mm，環(huán)向間距40cm，使用YQ100型潛孔鉆機(jī)施工。

超前小導(dǎo)管采用長3.5mΦ42無縫鋼花管，壁厚3.5mm，環(huán)向間距40cm。

兩個側(cè)壁的型鋼鋼拱架在安裝時應(yīng)嚴(yán)格控制坐標(biāo)及位置，誤差不應(yīng)超過1cm。

噴射混凝土采用濕噴工藝。

3.2.3 監(jiān)控量測

監(jiān)測頻率統(tǒng)一為2～3次/d。及時掌握導(dǎo)坑變形情況，如有異常，應(yīng)及時提出并采取必要的應(yīng)急搶險措施。

4 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析

如圖6，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析：雙側(cè)壁兩側(cè)導(dǎo)坑中最大水平收斂達(dá)到75.1～91.3mm，從位移速率看，該段最大收斂速率達(dá)到9～12mm/d，其中12mm/d由下臺階開挖所引起。從拱頂下沉與水平收斂的相互關(guān)系看，雙側(cè)壁導(dǎo)坑中二者比值接近和大于1。從開挖影響看，受右側(cè)開挖影響左側(cè)凈空位移較大，同時下臺階開挖容易引起上半斷面位移較大增長。從位移時態(tài)曲線看，凈空周邊位移趨于穩(wěn)定的時間大致在25～30d，其中水平收斂時間較短，拱頂下沉?xí)r間較長。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明此工法施工工藝以及設(shè)計支護(hù)參數(shù)是安全合理的。

5 結(jié)束語

成渝客專新中梁山右線隧道針對大跨段的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化：一是通過調(diào)整雙側(cè)壁導(dǎo)坑臨時支撐和臨時仰拱的位置解決側(cè)壁下臺階大型機(jī)械設(shè)備操作空間不足的問題；二是對中隔壁中間巖柱注漿，并增設(shè)對拉錨桿加固；三是采用預(yù)留中隔壁暫不施工，先利用兩個側(cè)壁導(dǎo)坑超前施工一直開挖到臺階法地段，在臺階法地段按正常工序施工大跨段仰拱及二襯，預(yù)留中隔壁和仰拱開挖待掌子面進(jìn)入普通單線隧道后再組織施工。這一優(yōu)化克服了現(xiàn)有雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖進(jìn)度慢、效率低且成本較高的瓶頸，將兩個大跨段之間的普通單線隧道開挖、初期支護(hù)和仰拱及二襯施工時間提前了102d，通過正線和大跨段兩個工作面同步推進(jìn)達(dá)到了施工組織最優(yōu)，成本減小，工期縮短的目的，可為今后山區(qū)樞紐鐵路施工提供借鑒。

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