大跨徑隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工技術(shù)

史智超

摘要：文章以實際工程為例，分析了大跨徑隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工過程及工藝，并探討了施工過程技術(shù)控制要點，以保證隧道施工安全，達(dá)到設(shè)計及相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：土質(zhì)圍巖;雙側(cè)壁導(dǎo)坑;臨時支護(hù)

Taking the actual engineering as the example，this article analyzes the construction process and technology of double sidewall guiding pit method for largespan tunnels，and discusses the technical control points of construction process to ensure the safety of tunnel construction and meet the requirements of design and related technical specifications.

Soil surrounding rock;Double sidewall guiding pit;Temporary support

0 引言

隧道工程作為跨越山嶺的主要構(gòu)造物，在越來越多的道路工程中占據(jù)了極其重要的地位。尤其是目前高速公路三車道隧道工程，開挖斷面凈寬16 m以上，凈面積達(dá)150 m2，隧道工后沉降收斂易呈現(xiàn)較大變化，施工質(zhì)量要求高，須結(jié)合地質(zhì)情況采取相應(yīng)處置措施，方可保證巖體穩(wěn)定。文章以實際工程為例，對施工過程及工藝進(jìn)行分析，并對施工過程技術(shù)控制要點進(jìn)行討論，以確保隧道施工安全，工程質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計及相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

1 工程概況

九峰隧道為新建高速公路雙向六車道隧道，呈左右洞分離布設(shè)，其中左洞長2 796.44 m（ZK136+428～ZK139+224.44），右洞長2 873 m（YK136+327～YK139+200），屬于特長隧道。隧道凈寬14 m，采用0.75 m（檢修道）+0.75 m（側(cè)向?qū)挾龋?3×3.75 m（車行道）+0.5 m（側(cè)向?qū)挾龋?0.75 m（檢修道）型式布置，設(shè)計車速80 km/h。

2 施工過程及工藝

九峰隧道洞口段主要為坡積土，全-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，呈散體狀-碎裂狀結(jié)構(gòu)，圍巖自穩(wěn)能力較差，拱頂易出現(xiàn)滑塌、側(cè)壁掉塊等不利地質(zhì)情況。經(jīng)專家論證，該隧道進(jìn)洞段50 m范圍內(nèi)及洞內(nèi)遇土質(zhì)圍巖須采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，主要開挖方式為挖掘機(jī)開挖，局部可以采用預(yù)裂爆破等弱爆破施工方法，應(yīng)盡量減少對土體圍巖的二次擾動;采用裝載機(jī)配合自卸運(yùn)輸汽車出渣，通風(fēng)采用壓入式通風(fēng)，隧道設(shè)計日常涌水量為9 501 m3/d，設(shè)計最大涌水量為19 131 m3/d，由于隧道均為下坡施工，因此采用抽水引排水。洞內(nèi)采用電力燈光照明。

2.1 超前支護(hù)

在隧道洞口段淺埋、軟弱土質(zhì)地層中施工時，多采用超前注漿小導(dǎo)管，對前方巖體進(jìn)行預(yù)注漿、預(yù)加固，以使土體達(dá)到自穩(wěn)能力要求。小導(dǎo)管采用50 mm的熱軋無縫鋼管，單根長5 m，外插角為15°，環(huán)向間距為0.5 m，縱向間距為2.8 m，注漿壓力為0.5～1.0 MPa，水灰比為1∶0.5。超前支護(hù)須在相應(yīng)土方開挖前施工完畢，在漿液真正起到穩(wěn)定土體的作用后方可實施下道工序[1]。

2.2 土方開挖及初期支護(hù)

根據(jù)專項施工方案要求，九峰隧道左洞進(jìn)口段50 m范圍內(nèi)均為土質(zhì)圍巖，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，開挖支護(hù)工序過程見圖1。

（1）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法一般是將全斷面分成四個部分，即左側(cè)導(dǎo)洞、右側(cè)壁導(dǎo)洞、中部上臺階、中部下臺階。首先在超前支護(hù)形成一定強(qiáng)度后，開挖左側(cè)導(dǎo)洞，適時施作初期支護(hù)鋼筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿及噴射混凝土結(jié)構(gòu)層;同時施工左導(dǎo)洞右側(cè)側(cè)壁臨時支護(hù)鋼支撐墻體，施工鎖腳錨桿，噴射混凝土結(jié)構(gòu)層，使左側(cè)導(dǎo)洞洞身盡快形成閉合結(jié)構(gòu)，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固。

（2）在左側(cè)導(dǎo)洞施工完成一定距離后，開挖右側(cè)導(dǎo)洞，施工右導(dǎo)洞初期支護(hù)支護(hù)結(jié)構(gòu)，完成右導(dǎo)洞左側(cè)鋼支撐墻體臨時支護(hù)體系，使右側(cè)導(dǎo)洞形成穩(wěn)定閉合結(jié)構(gòu)[2]。

（3）待左、右側(cè)導(dǎo)洞施工間隔一定距離后，開挖中部上臺階，完成拱頂初期支護(hù)結(jié)構(gòu)層，施工臨時仰拱。施工過程中應(yīng)注意，不要損壞兩側(cè)鋼支撐臨時支護(hù)墻體。

（4）開挖中部下臺階，施作初期支護(hù)結(jié)構(gòu)層，使整個斷面形成穩(wěn)固的閉合結(jié)構(gòu)。

2.3 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是利用現(xiàn)代化的測量儀器或工具對圍巖穩(wěn)固情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，為隧道掘進(jìn)施工和后續(xù)二襯施工提供科學(xué)指導(dǎo)，是保證隧道施工安全的不可或缺的輔助措施。監(jiān)控量測按其量測內(nèi)容和重要程度可分為必測項目與選測項目，詳見表1。

2.4 臨時支護(hù)的拆除

待隧道同一斷面內(nèi)全部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)均已施工完畢，且各類監(jiān)控量測數(shù)據(jù)均趨于穩(wěn)定，滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求以后，在二次襯砌施工前，應(yīng)對臨時支護(hù)工程進(jìn)行拆除施工。拆除的主要內(nèi)容為中部上臺階臨時仰拱;左、右側(cè)鋼支撐臨時支護(hù)側(cè)墻;錨桿和鋼筋網(wǎng)的切割清理等。

（1）在拆除工程施工前，應(yīng)合理布設(shè)拆除監(jiān)控量測點，其多位于拱頂兩側(cè)，通過監(jiān)測隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形大小來判斷隧道巖體的穩(wěn)固程度，從而指導(dǎo)施工，保證施工安全。

（2）拆除工作從中間臨時仰拱拆除開始，拆除過程中切忌造成大幅震動，防止對已施工初期支護(hù)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p害[3]。

（3）拆除右側(cè)壁臨時支護(hù)墻，首先應(yīng)鑿除噴射混凝土，采用電弧焊或氫氧焰對鋼筋網(wǎng)片及錨桿進(jìn)行切割清理，對鋼拱架進(jìn)行臨時防護(hù)，防止拆除過程中傾倒，然后對鋼拱架連接板進(jìn)行切割，從而拆除鋼拱架。

（4）拆除左側(cè)臨時支護(hù)墻體。

（5）清理施工現(xiàn)場，對初期支護(hù)損壞部位進(jìn)行二次噴射混凝土找平，為下道工序施工提供良好作業(yè)面。

2.5 二次襯砌

（1）按設(shè)計要求，鋪設(shè)防水板，做好防水板搭接處理，防止發(fā)生滲漏水現(xiàn)象。

（2）按設(shè)計圖紙進(jìn)行鋼筋綁扎，二次襯砌臺車就位，進(jìn)行止水帶安裝及臺車端頭處理。

（3）二襯混凝土的拌合、運(yùn)輸、澆筑、振搗及養(yǎng)護(hù)施工。

（4）臺車移位，進(jìn)行順序施工。

3 施工過程技術(shù)控制要點

（1）導(dǎo)洞寬度設(shè)置原則：導(dǎo)洞橫線寬度尺寸設(shè)置可以充分利用鋼支撐的臨時支護(hù)作用，同時考慮機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)空間和現(xiàn)場施工作業(yè)條件而定。一般單側(cè)導(dǎo)坑的寬度不宜大于斷面最大跨度的1/3。

（2）步距設(shè)置原則：左、右側(cè)導(dǎo)坑及中部上、下臺階每工序作業(yè)面前后交錯的距離，應(yīng)根據(jù)開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的施工擾動不致造成另一側(cè)導(dǎo)坑支護(hù)結(jié)構(gòu)松動、損壞以及圍巖內(nèi)應(yīng)力重分布不致影響到另一側(cè)導(dǎo)坑穩(wěn)定性的原則來確定。根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗總結(jié)，導(dǎo)洞之間一般步距控制在3～5 m為宜。同時要求二襯至已完成初期支護(hù)段步距≤2倍的洞身跨度為宜。各施工工序作業(yè)面的步距對隧道施工安全具有十分重要的作用[4]。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行施工順序：①開挖一側(cè)導(dǎo)坑，快速完成初期支護(hù)、臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)，形成小范圍閉合結(jié)構(gòu);②開挖另一側(cè)導(dǎo)坑，建造初期支護(hù)、臨時支護(hù)，形成另一側(cè)閉合的穩(wěn)固結(jié)構(gòu);③開挖中部上臺階，建造拱頂初期支護(hù);④開挖中部下臺階，建造底部的初期支護(hù)，使整個初期支護(hù)結(jié)構(gòu)形成全斷面閉合結(jié)構(gòu);⑤拆除導(dǎo)坑內(nèi)臨時支護(hù)工程，待圍巖自穩(wěn)性合格后施作二次襯砌工程。

（4）注重臨時支撐拆除時的監(jiān)控量測及安全防護(hù)工作，要求監(jiān)控量測按要求跟蹤作業(yè)，全體施工作業(yè)人員都均應(yīng)佩戴安全帽，穿絕緣膠底鞋，戴防塵口罩，局部高空作業(yè)還應(yīng)佩戴安全繩，設(shè)置安全防護(hù)欄。現(xiàn)場聽從專職人員統(tǒng)一指揮，嚴(yán)禁上、下部同時作業(yè)，嚴(yán)禁采用大型機(jī)械暴力拆除。待拆除作業(yè)施工完畢后，需對初期支護(hù)損壞、缺漏部分進(jìn)行二次補(bǔ)噴找平。

（5）注重對監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)的采集、匯總、編輯整理與動態(tài)分析，可采用作圖法，對各項監(jiān)測數(shù)據(jù)值的大小、變化規(guī)律、動態(tài)走向，繪制測點時間-位移曲線圖，見圖2。

如果位移的變化隨著時間的增長而趨于減小，說明該處圍巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，支護(hù)系統(tǒng)是可靠而有效的，如圖2中的正常曲線。如果曲線出現(xiàn)了向上的反彎，變化速率趨于變大，則說明該監(jiān)測點巖體位移出現(xiàn)了非正常的加速變形變位現(xiàn)象，該段落支護(hù)體系已出現(xiàn)了不穩(wěn)定狀況。首先應(yīng)分析查找原因，如因非人為因素影響，則該段落應(yīng)立即采取加強(qiáng)支護(hù)措施[5]。一般認(rèn)為，如觀測值收斂速度<0.2 mm/d時，則說明此處圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可以進(jìn)行后續(xù)施工;如觀測值收斂速度>5 mm/d，說明此處巖體仍處于急劇變化狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，同時增加觀測頻率。

4 結(jié)語

（1）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工優(yōu)點：①當(dāng)隧道跨度較大，采用臺階法、CD法等難以控制巖體變形時，可優(yōu)先選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;②雙側(cè)壁導(dǎo)坑法主要適合采用機(jī)械

開挖的土質(zhì)圍巖地段，尤其適合進(jìn)口淺埋段隧道開挖施工作業(yè)，安全系數(shù)更高;③每個分隔塊體都在開挖后立即形成各自閉合結(jié)構(gòu)，且在施工期間巖體變形幾乎不會發(fā)展，更加有利于施工安全生產(chǎn)管理工作的開展。

（2）不足之處：①雙側(cè)壁導(dǎo)坑法由于斷面開挖分割塊體多，施工相互擾動大，初期支護(hù)形成全斷面閉合結(jié)構(gòu)耗用時間長，后期施工段落易對前期已完成的初期支護(hù)工程造成二次損壞;②雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工速度相對較慢，臨時支撐拆除工程量大，拆除風(fēng)險高，對施工管理要求高，由此造成施工成本較高;③正是由于斷面分割塊較多，塊體間施工接頭一旦處理不好，易造成隧道滲漏水。

因此，現(xiàn)場實際施工過程中應(yīng)針對其優(yōu)缺點進(jìn)行合理規(guī)劃與設(shè)置，揚(yáng)長避短，在保證隧道施工安全的同時，確保已完工的工程質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計及相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

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