復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨徑地鐵隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工技術(shù)

賈貴寶

（中鐵一局集團(tuán) 第二工程有限公司，河北 唐山 063004）

0 前言

在城市隧道建設(shè)中修建淺埋大跨度區(qū)間隧道，洞室自穩(wěn)性差、周邊結(jié)構(gòu)物、管線復(fù)雜，為確保淺埋大跨度隧道的施工安全及周邊結(jié)構(gòu)物與管線安全，施工過程中必須采用最佳的施工技術(shù)及方法，減少圍巖擾動(dòng)，最大限度地保持圍巖應(yīng)力，使隧道支護(hù)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求[1-2]。大連市位于半島的城市，其地質(zhì)條件主要體現(xiàn)為土松石碎、地下水豐富、巖層交錯(cuò)的典型復(fù)雜地質(zhì)。地鐵一二九街站～長(zhǎng)春路站區(qū)間隧道渡線段圍巖穩(wěn)定性差、支護(hù)結(jié)構(gòu)跨度大埋深淺，施工難度大，在施工中通過研究與創(chuàng)新，順利完成該段主體施工，為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

本區(qū)間設(shè)計(jì)起訖里程為DK8+299.135～DK9+220.768，區(qū)間里程DK9+136.447處線路右側(cè)設(shè)施工豎井，區(qū)間DK8+885.500處設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，為線路最低點(diǎn)位置，與泵房結(jié)合設(shè)計(jì)，DK8+535.000處左右線均設(shè)人防段。本區(qū)間隧道采用暗挖法施工，為單洞單線或單洞雙線馬蹄形斷面，復(fù)合式襯砌。線路縱斷呈“V”字型坡，區(qū)間最大覆土厚度23m,最小覆土厚度10m。

本區(qū)間在里程DK9+124.168～DK9+203.856段設(shè)計(jì)為區(qū)間渡線段，渡線段隧道開挖斷面寬度20.4米，高度14.2米，拱部埋深10.4～12.2米，設(shè)計(jì)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。

1.1 工程地質(zhì)

本區(qū)間整體上看東高西低，屬于剝蝕低丘陵。該場(chǎng)區(qū)位于復(fù)州-大連凹陷南部，四級(jí)構(gòu)造單元在地層區(qū)劃上屬于旅大小區(qū)，除有太古界基底出露外，蓋層以上為上元古界及古生界地層為主。中、新生界不發(fā)育。

沿線NW斷裂多為張性斷裂；EW向斷裂十分發(fā)育，為逆沖斷裂，全部南傾，伴有燕山期輝綠巖脈侵入。斷層活動(dòng)性調(diào)查結(jié)果表明，兩組斷裂沒有發(fā)現(xiàn)晚更新世以來的活動(dòng)跡象，均屬早中更新世活動(dòng)斷裂或前第四紀(jì)活動(dòng)斷裂。

1.2 水文地質(zhì)

大連市的氣候?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候，并具有海洋影響的特點(diǎn)。冬季氣溫較低，降水少。夏季氣溫較高，降雨集中，較多。氣候和降雨量隨冬、夏季風(fēng)的轉(zhuǎn)換而變化。每年5-9月為雨季。

本場(chǎng)地地下水按賦存條件主要為空隙水及基巖裂隙水?？障端饕x存在素填土層及卵石層中，基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化板巖中。穩(wěn)定地下水位埋深5.9～9.40m，水位高程2.63～9.71m，年水位變幅約1～3米。地下水的排泄途徑主要是蒸發(fā)和地下徑流，主要補(bǔ)給來源為大氣降水和周邊低丘陵地貌徑流補(bǔ)給。

1.3 周邊環(huán)境

本區(qū)間主要沿中山路敷設(shè)，地下管線密集，區(qū)間兩側(cè)建筑物林立，主要為企事業(yè)單位、商鋪、住宅和學(xué)校等。區(qū)間線路側(cè)穿或下穿大連市公安局、大連市檢察院、大連市法院、大連市市政府、大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院、大連市百盛購物中心大樓、大連市人民廣場(chǎng)以及人民廣場(chǎng)下防空洞等。本區(qū)間地面為中山路，車流較大，地下管線密集，道路兩邊有重大型車輛通過，交通繁忙，車體重大，車速較快，隧道受到的沖擊力較大。

2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑工藝原理及特點(diǎn)

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工藝即在主體隧道兩側(cè)施作先行側(cè)壁導(dǎo)坑，先行側(cè)壁導(dǎo)坑提前進(jìn)洞,進(jìn)行支護(hù)和加固處理，使側(cè)壁導(dǎo)坑之間的未被開挖掉的土體成為兩道側(cè)壁間的橫撐，從而成一個(gè)穩(wěn)定可靠的“地下基坑”的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，承受因開挖主體隧道而產(chǎn)生的土體的側(cè)向壓力，并限制圍巖土體的豎向變形(沉降)[3]，同時(shí)，對(duì)富水地層進(jìn)行洞內(nèi)水平降水。在導(dǎo)洞臨時(shí)側(cè)壁支護(hù)下，區(qū)間隧道施工以新奧法為依托,采取加密超前管棚、加強(qiáng)超前注漿、初支背后注漿加固支護(hù)方法，控制地表下沉，通過全過程的施工監(jiān)控量測(cè)，監(jiān)視土體及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，隨時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，使主體結(jié)構(gòu)能安全順利地建成。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法運(yùn)用“新奧法”基本原理，采用錨噴支護(hù)，充分利用圍巖的自承能力，對(duì)原狀土體擾動(dòng)小，并且能夠?qū)?shù)據(jù)處理和信息反饋技術(shù)應(yīng)用于施工，能確保施工安全、快速。利用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對(duì)隧道進(jìn)行施工，能很好的解決圍巖極易坍塌變形段大斷面隧道開挖的安全性問題，且其自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，拆裝方便、靈活。能有效地保護(hù)圍巖原狀土體結(jié)構(gòu)，使工程的施工對(duì)原狀土體的影響非常之小。

3 施工方法

3.1 施工技術(shù)難點(diǎn)

雙側(cè)壁法施工應(yīng)遵循“超前支護(hù)、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉成環(huán)、勤量測(cè)、襯砌緊跟、用量測(cè)指導(dǎo)施工”的原則進(jìn)行施工[4]。

3.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑分部開挖尺寸的確定

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，一般是將整個(gè)斷面分為8個(gè)或12個(gè)小的導(dǎo)坑斷面，單個(gè)導(dǎo)坑高度在2.5～4.5 m之間[5]，導(dǎo)致空間較狹小，一般不適于施工機(jī)械作業(yè)，只能采用人工開挖，掘進(jìn)效率低。

考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件，先采用超前支護(hù)對(duì)導(dǎo)坑掌子面土體進(jìn)行噴混凝土封閉加固，施工中單個(gè)導(dǎo)坑高度采用4.5～5.5 m，寬度約4.5～5.5 m，增加了開挖速度，在可自穩(wěn)條件下減少了圍巖暴露時(shí)間和對(duì)圍巖的擾動(dòng)。實(shí)際分部數(shù)為9個(gè)，見圖1所示。

3.2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工順序

施工順序如圖1所示。圖中：1、4部側(cè)壁導(dǎo)坑斷面開挖及相應(yīng)的初期支護(hù)；2、5部側(cè)壁導(dǎo)坑斷面開挖及支護(hù)；3、6部側(cè)壁導(dǎo)坑斷面開挖及相應(yīng)的初期支護(hù)，回填部分土體以利行車及反壓；7、8、9順序開挖及相應(yīng)的初期支護(hù)；分段整體仰拱灌筑分段長(zhǎng)度4～6m。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序

圖2 雙側(cè)壁法施工工藝流程圖

3.3 施工工藝流程簡(jiǎn)述

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝在特殊地質(zhì)條件下具有特殊性，通過對(duì)本項(xiàng)目施工工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)述，為相似工程提供參考（施工工藝流程圖見圖 2）。

1)側(cè)壁導(dǎo)坑施工

一側(cè)導(dǎo)坑先施工，另一側(cè)導(dǎo)坑滯后15～20m施工。

2)導(dǎo)坑上半斷面施工

開挖之前，在1號(hào)導(dǎo)坑測(cè)量畫出開挖輪廓線，沿開挖輪廓線打設(shè)超前小導(dǎo)管（Φ42@300，t=3.25mm，L=3m，兩榀一打）并注漿；臺(tái)階法開挖1號(hào)導(dǎo)洞，每次開挖進(jìn)尺0.5m，采用人工開挖，裝載機(jī)運(yùn)土至洞外裝車；周邊初噴混凝土進(jìn)行初期支護(hù)及中隔板，厚度5 cm；架立工字鋼架，掛外側(cè)鋼筋網(wǎng)，焊外側(cè)縱向連接鋼筋，工字鋼架間距0.6 m，在底部橫向設(shè)H17.5型鋼臨時(shí)支撐并縱向連接鋼筋；在周邊鉆錨桿孔，安裝系統(tǒng)徑向錨桿并注漿，安裝鎖腳錨桿（Φ42，t=3.25mm，L=3m，每榀工字鋼2根）并注漿；周邊臨時(shí)支撐間噴纖維混凝土至一定厚度，臨時(shí)支撐間一次噴滿；周邊掛外側(cè)鋼筋網(wǎng)，焊外側(cè)縱向連接鋼筋；周邊復(fù)噴纖維混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

3)中導(dǎo)洞斷面開挖施工

待1號(hào)導(dǎo)坑開挖15m后，臺(tái)階法開挖2號(hào)導(dǎo)洞；周邊初噴混凝土，厚度5 cm；架立格柵鋼架，掛鋼筋網(wǎng)，焊縱向連接鋼筋，格柵鋼架間距0.6 m；在周邊鉆錨桿孔，安裝系統(tǒng)徑向砂漿錨桿及鎖腳錨桿并注漿；周邊復(fù)噴鋼纖維混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

4)導(dǎo)坑下半斷面施工

待2號(hào)導(dǎo)洞開挖15m后，臺(tái)階法開挖3號(hào)導(dǎo)洞；如上完成側(cè)墻及仰拱初期支護(hù)；在側(cè)墻鉆錨桿孔，安裝系統(tǒng)徑向砂漿錨桿并注漿；待3號(hào)導(dǎo)洞開挖完成后，施做該導(dǎo)洞仰拱防水墊層及防水保護(hù)層；按照設(shè)計(jì)圖紙施做左側(cè)仰拱二襯鋼筋及二襯混凝土，完成左側(cè)仰拱二襯結(jié)構(gòu)施工。

5)側(cè)墻二襯結(jié)構(gòu)施工

待底部仰拱二襯結(jié)構(gòu)施工完成后中部支撐斷面施工之前，施做仰拱回填部分；仰拱回填施做完成并達(dá)到強(qiáng)度后，分段拆除臨時(shí)中隔板，采用整體液壓臺(tái)車施做側(cè)墻二襯結(jié)構(gòu)；側(cè)墻二襯結(jié)構(gòu)拆模后，及時(shí)采用工25b工字鋼進(jìn)行側(cè)向V字型支撐，確保施工安全，左右兩側(cè)交錯(cuò)施工。

6)中部支撐斷面施工

左右兩側(cè)側(cè)墻二襯結(jié)構(gòu)完成后，在7號(hào)導(dǎo)洞（中部上導(dǎo)洞）拱部打設(shè)超前導(dǎo)管，注漿加固地層；臺(tái)階開挖7號(hào)導(dǎo)洞，及時(shí)施做初期支護(hù)，并在中部做豎向臨時(shí)鋼支撐；7號(hào)導(dǎo)洞（中部上導(dǎo)洞）開挖8～10m后，分段拆除左右兩側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)壁上部的臨時(shí)中隔壁和拱部的豎向臨時(shí)鋼支撐，及時(shí)鋪設(shè)拱部防水層并施做拱部二襯結(jié)構(gòu)，每循環(huán)長(zhǎng)度不大于6m；分段拆除中隔壁和臨時(shí)橫撐，由上向下逐步開挖8號(hào)導(dǎo)洞（中部中導(dǎo)洞）及9號(hào)導(dǎo)洞（中部下導(dǎo)洞）；分段開挖底部仰拱，并及時(shí)封閉初期支護(hù)，仰拱每次開挖長(zhǎng)度不超過2～3榀鋼架間距；仰拱開挖長(zhǎng)度達(dá)到6m時(shí)，分段拆除相應(yīng)中隔壁施做仰拱防水墊層及保護(hù)層，并施做仰拱二襯結(jié)構(gòu)；最后施做9號(hào)導(dǎo)洞（中部下導(dǎo)洞）仰拱回填，完成區(qū)間渡線段開挖及二襯結(jié)構(gòu)施工。

4 結(jié)論

大連地鐵隧道，從2009年12月1日開始施工，2013年12月主體竣工，工程的成功實(shí)施，積累了在復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨徑地鐵隧道施工技術(shù)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。主要結(jié)論如下：

（1）通過施加超前小導(dǎo)管可增加摩擦力，改變圍巖的自身支撐強(qiáng)度。

（2）對(duì)各導(dǎo)坑采用臺(tái)階法施工時(shí)，可有效的減少工序循環(huán)時(shí)間和施工干擾，加大施工進(jìn)度。

（3）復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨徑地鐵隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雖然施工工序繁瑣，但通過對(duì)施工工藝進(jìn)行調(diào)整，合理安排人員和機(jī)械，控制好施工工序和施工要點(diǎn)，仍可以在確保安全施工的前提下有效提高施工進(jìn)度。

［1］高海宏.復(fù)雜條件下大跨公路隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù) [J].隧道建設(shè),2008,28(1):51-55.

［2］施仲衡.淺埋暗挖法設(shè)計(jì)理論論述[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2005,42(2):37-39.

［3］宋長(zhǎng)銀.黃土隧道施工：雙側(cè)壁導(dǎo)坑法[J].甘肅科技,2009,25(17):126-129.

［4］藍(lán)洋.羊角大斷面隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工[J].隧道建設(shè),2009,2.

［5］郝小蘇.龍頭山八車道公路隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(z2):96-99.

［6］汪立新.大跨度隧道單-雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工力學(xué)分析[J].西部探礦工程,2008(10):170-173.

［7］李善英.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在黃土隧道軟弱段施工中的應(yīng)用[J].青海交通科技,2008,6:20-23.