淺談城市大斷面隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖技術(shù)施工

張宗鵬

（中交路橋華北工程有限公司，北京 101100）

1 工程概況

塔山南路（通世南路-竹林南路段）三標(biāo)段市政工程，位于煙臺(tái)市芝罘區(qū)塔山南路與勝利南路交叉口處，向西接通世南路，道路全長0.862 km。該標(biāo)段設(shè)置隧道一座，荊子山隧道左線長280 m，右線長280 m，左右洞凈距 16.5 m～22 m，設(shè)計(jì)縱坡為-3.0%和-3.15%的單坡隧道，最大埋深約62.23 m，進(jìn)出洞最小埋深約1.6 m；根據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪及鉆探資料，隧道段主要地層為元古代粉子山群崗崳組二段黑云變粒巖，基巖大部分地段被覆蓋，露頭較少，風(fēng)化嚴(yán)重，隧道開挖最大凈寬17.65 m，開挖凈高為11.4 m，道路等級(jí)為城市主干路，車道規(guī)模為雙向8車道（含非機(jī)動(dòng)車道），設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h。

2 隧道常用開挖方法及選擇

在城市道路施工中，由于地下障礙物和周圍環(huán)境的限制，隧道通常采用的施工方法是噴錨暗挖（礦山）法中的淺埋暗挖法施工，根據(jù)不同圍巖情況及開挖掘進(jìn)的方法的不一樣，可分為：全斷面法、臺(tái)階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，單側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法（CD法）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、交叉中隔壁法（CRD工法）等方法。

該工程所在地所揭露的地層自上而下依次為第四系粉質(zhì)黏土，中風(fēng)化變粒巖，強(qiáng)風(fēng)化變粒巖，局部夾雜強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，地質(zhì)條件較差，該隧道斷面為單向4車道（含非機(jī)動(dòng)車道），在已建成的市政隧道中屬于斷面較大的隧道，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較高，該隧道屬于典型的淺埋大斷面隧道，具備大斷面開挖的基本條件，為盡快穩(wěn)當(dāng)圍巖，減少施工對(duì)環(huán)境的不利影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和多方案的對(duì)比分析，采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法單向掘進(jìn)施工。

3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工特點(diǎn)

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法主要針對(duì)隧道跨度較大、地表沉降要求嚴(yán)格、圍巖條件特別差的情況，其原理就是利用臨時(shí)支撐將大斷面分割成6個(gè)小斷面，導(dǎo)坑尺寸的確定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸，分割后每一個(gè)小斷面作為一個(gè)獨(dú)立開挖工作面，各小斷面之間按照設(shè)計(jì)步距要求進(jìn)行控制，按照左右側(cè)導(dǎo)坑錯(cuò)開開挖，開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)坑為原則。由于分割后開挖斷面小，安全性相對(duì)較好，能構(gòu)成窄立結(jié)構(gòu)， 在兩邊承載較大側(cè)向壓力， 進(jìn)而使初期支護(hù)盡快受力，有效提升初支的受力性能從而較少沉降，確保施工安全，但是在體系轉(zhuǎn)換過程中屬于對(duì)圍巖的二次擾動(dòng)，沉降變形變化較大，在這個(gè)過程中要做好沉降觀測(cè)工作[1]。

4 雙側(cè)壁導(dǎo)坑鉆爆法施工

4.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝

荊子山隧道采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑分部開挖、全斷面二次襯砌緊跟初期支護(hù)的施工方法，施工工藝流程如圖1所示。

完成進(jìn)洞準(zhǔn)備后，在已刷好的掌子面開始開挖左側(cè)上臺(tái)階的導(dǎo)洞，開挖并施做左側(cè)導(dǎo)洞上臺(tái)階初支及底板型鋼橫撐，以盡快完成左導(dǎo)洞的閉合成環(huán)，完成5 m的左側(cè)導(dǎo)洞開挖后施做右側(cè)導(dǎo)洞上臺(tái)階初支及底板型鋼橫撐，完成5 m的再施工左側(cè)導(dǎo)洞下臺(tái)階的開挖支護(hù)；左側(cè)導(dǎo)洞下臺(tái)階完成后再施做右側(cè)導(dǎo)洞下臺(tái)階；左右導(dǎo)洞完成后盡快施工左右兩側(cè)導(dǎo)洞仰拱襯砌；完成后再進(jìn)行核心土上臺(tái)階、下臺(tái)階、仰拱襯砌澆筑等工序[2]。達(dá)到雙隔壁的臨時(shí)支撐拆除條件時(shí)進(jìn)行拆除，每次臨時(shí)支護(hù)的拆除長度控制在9 m，分兩步進(jìn)行，第一步拆除4.5 m，第二步拆除4.5 m，并在臨時(shí)鋼支撐拆除后，加強(qiáng)隧道的監(jiān)控量測(cè)。待沉降觀測(cè)滿足要求后施做防水層及二次襯砌。

4.2 監(jiān)控量測(cè)

4.2.1 監(jiān)控量測(cè)目的

隧道監(jiān)控量測(cè)作為新奧法的三大核心之一，對(duì)評(píng)價(jià)隧道施工方法的可行性、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性及其重要，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。1）通過圍巖地質(zhì)狀況和支護(hù)狀況描述，對(duì)圍巖進(jìn)行合理的分類及對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，并對(duì)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測(cè)。2）通過隧道洞口地表下沉，及時(shí)分析隧道施工對(duì)地表沉降產(chǎn)生的影響。3）通過測(cè)定圍巖壓力、錨桿內(nèi)力，了解錨桿的工作狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。4）通過圍巖地質(zhì)描述，對(duì)圍巖級(jí)別進(jìn)行鑒定，對(duì)隧道支護(hù)方式和施工工藝提出建議。

4.2.2 主要檢測(cè)項(xiàng)目

4.2.2.1 拱頂下沉量測(cè)

拱頂下沉量測(cè)是在隧道開挖毛洞的拱頂及軸線左右各2 m～3 m設(shè)置掛鉤測(cè)樁，通過測(cè)量每天的沉降量判斷圍巖的自穩(wěn)及下沉情況。

4.2.2.2 凈空收斂

收斂位移量測(cè)通過預(yù)埋初支上的觀測(cè)點(diǎn)，通過鋼尺式周邊收斂儀來量測(cè)周邊圍巖的收斂變形情況，以此判斷圍巖是否已經(jīng)收斂穩(wěn)定。

4.2.2.3 淺埋段地表沉降

通過監(jiān)測(cè)洞口地表情況、地表沉降、邊坡的穩(wěn)定、地表水滲漏情況來判斷爆破開挖對(duì)地表的影響情況，為優(yōu)化爆破方案提供直觀的數(shù)據(jù)。

4.2.2.4 鋼支撐內(nèi)力

在鋼拱架待測(cè)部位設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，采用鋼弦式應(yīng)力計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)，在鋼筋計(jì)的頻率—軸力標(biāo)定曲線中畫出隧道鋼拱架軸力及彎矩分布圖，對(duì)比設(shè)計(jì)參數(shù)確定鋼支撐內(nèi)力情況。

4.2.2.5 支護(hù)混凝土內(nèi)應(yīng)力

在襯砌的內(nèi)外層鋼筋中成對(duì)布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，采用鋼弦式應(yīng)力計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)，再根據(jù)應(yīng)力計(jì)的頻率—軸力標(biāo)定曲線中計(jì)算出應(yīng)力計(jì)所在斷面的軸力、彎矩，對(duì)比設(shè)計(jì)參數(shù)判斷支護(hù)混凝土內(nèi)應(yīng)力情況。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖施工工藝流程圖

4.2.3 檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)檢測(cè)，拱頂下沉量最大處為洞頂32.4 mm，并隨著掘進(jìn)的進(jìn)尺逐步穩(wěn)定；凈空收斂、淺埋段地表沉降、鋼支撐內(nèi)力、支護(hù)混凝土內(nèi)應(yīng)力均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

5 施工效果和結(jié)論

荊子山隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法爆破施工，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期效果，滿足設(shè)計(jì)要求，安全地完成了隧道開挖工作，爆破開挖過程中沒有對(duì)周邊建筑物造成傷害，未引起地表的不均勻沉降，二次襯砌外觀及其他指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。主要應(yīng)用結(jié)論有5點(diǎn)。1）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工可以采用機(jī)械配合爆破開挖，在中風(fēng)化變粒巖中應(yīng)用效果較好。2）城市大斷面隧道的開挖施工可以利用分割斷面，增加臨時(shí)初期支撐的方法以減小圍巖沉降，加快施工進(jìn)度的目的。3）針對(duì)中風(fēng)化變粒巖，特別是巖層處于水平狀態(tài)時(shí)在開挖過程中易出現(xiàn)小型塌方，在超前支護(hù)中要及時(shí)關(guān)注。4）在隧道開挖過程中，尤其是埋深較淺的城市隧道，地表水的截流和疏散非常有效，能較少中風(fēng)化變粒巖，強(qiáng)風(fēng)化變粒巖的軟化速度，避免施工過程中的掉塊。5）在城市大斷面隧道的開挖中，必須加強(qiáng)地表及洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)洞內(nèi)外的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)地調(diào)整爆破和支護(hù)參數(shù)，使得初期支護(hù)及早完成閉合成環(huán)，及早形成有效受力體系[3]。

6 結(jié)語

目前該隧道項(xiàng)目已經(jīng)建成通車，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在該隧道開挖中得到了很好的應(yīng)用，達(dá)到了設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，希望對(duì)于類似的城市隧道或大斷面的隧道工程施工可提供參考和借鑒，為其他施工管理人員提供一定的幫助。