雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在高速公路隧道洞口淺埋段的應(yīng)用

于 磊

（中鐵二十三局集團(tuán)第一工程有限公司，山東 日照 276826）

在華南山嶺地區(qū)高速公路隧道施工過(guò)程中，由于地形起伏較大、地質(zhì)十分復(fù)雜，依靠施工經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)開挖方式進(jìn)行隧道洞口淺埋段尤其是偏壓地帶施工，已無(wú)法滿足現(xiàn)階段施工現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量的需求。因此，選擇一種安全、可靠的開挖方法對(duì)隧道洞口淺埋段的順利施工具有重大意義。本文以莆田至炎陵高速公路永泰梧桐至尤溪中線段山頭頂隧道為背景，對(duì)該隧道洞口淺埋段采用雙側(cè)導(dǎo)坑法施工的全過(guò)程進(jìn)行分析，為同地質(zhì)類型隧道施工提供參考依據(jù)。

1 工程概況

莆田至炎陵高速公路永泰梧桐至尤溪中線段山頭頂隧道左洞全長(zhǎng)1869 m，分離式三車道設(shè)計(jì)。隧道施工區(qū)植被發(fā)育，山體自然坡度為26°～42°，屬低山剝蝕地貌。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，隧址區(qū)位于南北向的浦城—永泰嵩口大斷裂帶的西側(cè)，政和—大埔深斷裂帶東側(cè)，場(chǎng)地各斷層表現(xiàn)為北東向、北西向。據(jù)物探成果資料及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查分析，場(chǎng)址區(qū)發(fā)育有3條節(jié)理裂隙密集帶，上覆第四系土層主要為坡殘積土。隧道出口地形平緩，淺埋段較長(zhǎng)，覆土層較厚。出口處見有順層崩塌，洞頂基巖為全強(qiáng)風(fēng)化石英片巖，較軟，巖石裂隙發(fā)育，側(cè)壁、拱部穩(wěn)定性差，施工時(shí)易產(chǎn)生冒頂崩塌。通過(guò)對(duì)地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的綜合比對(duì)，為確保施工安全，項(xiàng)目部決定采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行山頭頂隧道ZK142+190～ZK142+145洞口段施工。

2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法優(yōu)勢(shì)

衍生于新奧地利隧道施工方法（NATM）的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于跨度較大、地質(zhì)條件較差的Ⅴ級(jí)及以上圍巖隧道開挖。它是在施工過(guò)程中，將整個(gè)開挖面分為多個(gè)洞室，開挖規(guī)模較小，兩側(cè)導(dǎo)坑每個(gè)洞室均在開挖后立即各自閉合，形成的穩(wěn)定獨(dú)立的窄立結(jié)構(gòu)，有效承載了側(cè)向土壓力。因此，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工能夠有效控制頂部圍巖的沉降與位移，使得掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)，降低開挖施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。

3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝

3.1 工藝原理

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工原理就是利用兩道中隔壁墻將整個(gè)隧道開挖面分成三個(gè)導(dǎo)坑，即右導(dǎo)坑、中導(dǎo)坑和左導(dǎo)坑。首先開挖右、左兩側(cè)導(dǎo)坑，然后進(jìn)行各自導(dǎo)坑初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，中間導(dǎo)坑隨后施工，初期支護(hù)仰拱封閉成環(huán)后，將右、左導(dǎo)坑的臨時(shí)支護(hù)鋼支撐按順序分節(jié)進(jìn)行拆除，形成一個(gè)完整斷面。

3.2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方法

圖1 掌子面分為7個(gè)部分進(jìn)行施工

山頭頂隧道左洞出口段屬于淺埋地帶，地質(zhì)破碎，并且左側(cè)山體存在偏壓現(xiàn)象。隧道開挖預(yù)支護(hù)采用超前大管棚進(jìn)行。在隧道洞身開挖前，已完成套拱導(dǎo)向墻及超前大管棚施工。現(xiàn)場(chǎng)圍巖級(jí)別為V級(jí)，開挖時(shí)采用挖掘機(jī)配合人工方式進(jìn)行，以減小對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)。根據(jù)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝原理，將掌子面分為7個(gè)部分進(jìn)行施工，如圖1所示。

3.2.1 左導(dǎo)坑施工

（1）測(cè)量放樣完成后，開挖①部左導(dǎo)坑上臺(tái)階，采用小型挖掘機(jī)開挖并輔以人工風(fēng)鎬修邊。由于圍巖等級(jí)較差，穩(wěn)定性較弱，本次開挖臺(tái)階長(zhǎng)度為1.5 m，完成后立即初噴4 cm C25混凝土進(jìn)行封閉（臨時(shí)支護(hù)噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，18 cm厚）。封閉完成后，施工第Ⅰ部分初期支護(hù)的鋼筋網(wǎng)、工字鋼拱架及臨時(shí)支護(hù)，初期支護(hù)鋼筋網(wǎng)片采用網(wǎng)格大小為20 cm×20 cm的φ8鋼筋網(wǎng)，初支鋼拱架設(shè)置為縱向間距為50 cm的I22b工字鋼。臨時(shí)支撐鋼拱架縱向間距為50 cm，采用I18工字鋼。鋼拱架于洞外型鋼加工場(chǎng)按設(shè)計(jì)尺寸及角度進(jìn)行加工，并于隧道內(nèi)裝配。拱架端頭設(shè)置連接鋼板并預(yù)留螺栓孔。拱架安裝要求安放在穩(wěn)固基礎(chǔ)上，縱向連接筋為φ22熱軋帶肋鋼筋。臨時(shí)支護(hù)鋼架與初支鋼拱架采用鋼板和螺母進(jìn)行連接。鋼架底部設(shè)置鎖腳鋼管，以確保鋼架穩(wěn)定。鎖腳鋼管為2根長(zhǎng)度為4m的φ42 mm無(wú)縫鋼管，壁厚3.5 mm。鋼架連接完成后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度（28 cm）。每1.5 m為一循環(huán)。

（2）待①部上臺(tái)階施工3 m后，開挖②部左導(dǎo)坑下臺(tái)階，初噴4 cm混凝土后，對(duì)邊墻小導(dǎo)管進(jìn)行施工。邊墻小導(dǎo)管采用φ42 mm的鋼管，L=4 m，間距1.0×1.0 m（環(huán)×縱），小導(dǎo)管進(jìn)行高壓灌注水泥漿加固。注漿泵壓力為0.5Mpa，注漿完成后，施工初期支護(hù)Ⅱ部φ8鋼筋網(wǎng)、鋼支撐拱架及臨時(shí)支護(hù)的鋼支撐，施工完成后進(jìn)行鎖腳鋼管加固。初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)混凝土復(fù)噴至28 cm、18 cm。各部步距如下圖所示。

3.2.2 右導(dǎo)坑施工

（1）左導(dǎo)坑②部施工2個(gè)循環(huán)后，對(duì)③部右導(dǎo)坑上臺(tái)階進(jìn)行開挖，并按3.2.1中（1）的步驟和程序施工第Ⅲ部初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)。

（2）④部右側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階施工，施工屬于第Ⅳ部分的初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)，步驟和工序與3.2.1中（2）相同。

3.2.3 中導(dǎo)坑施工

（1）待右導(dǎo)坑下臺(tái)階施工步距達(dá)9 m后，進(jìn)行中導(dǎo)坑上臺(tái)階⑤部開挖。開挖完成后立即進(jìn)行Ⅴ部初期支護(hù)的施工。初次進(jìn)行4 cm噴射混凝土對(duì)開挖面圍巖進(jìn)行封閉，封閉完成后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)以及I22b工字鋼拱架安裝，并與第Ⅰ、第Ⅲ部鋼拱架進(jìn)行連接后，復(fù)噴C25混凝土至28 cm厚。

（2）中導(dǎo)坑上臺(tái)階施工完成2個(gè)循環(huán)后，進(jìn)行⑥部開挖，開挖時(shí)按順序自上而下開挖。

（3）⑥部開挖完成后，開挖⑦部，同時(shí)進(jìn)行Ⅶ部噴射混凝土施工，混凝土初噴厚度為4 cm，然后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)及I22b鋼拱架安裝，同時(shí)與Ⅱ、Ⅳ部初期支護(hù)的鋼拱架進(jìn)行連接后，再次進(jìn)行C25噴射混凝土施工至28 cm厚，使初期支護(hù)封閉成環(huán)。

3.2.4 拆除臨時(shí)支護(hù)

施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員對(duì)已施工完成段落初期支護(hù)穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，經(jīng)觀測(cè)，地表沉降及初支變形數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無(wú)明顯變形和位移。待監(jiān)控報(bào)告經(jīng)監(jiān)理工程師同意后，進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的拆除，拆除段落為6 m/次。拆除過(guò)程按以下順序進(jìn)行：清除端頭處噴射混凝土→切割臨時(shí)支護(hù)鋼拱架端頭連接板→移除臨時(shí)支護(hù)鋼拱架→開挖仰拱→澆筑仰拱及填充。

4 結(jié)束語(yǔ)

2018年4月12日，山頭頂隧道左洞順利通過(guò)淺埋偏壓段。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)報(bào)告匯總數(shù)據(jù)分析，總體變形量未超過(guò)設(shè)計(jì)允許值。實(shí)踐證明，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行大跨度隧道淺埋偏壓段開挖施工，可以有效保證隧道施工安全，對(duì)以后大跨度隧道洞口淺埋段尤其是偏壓地帶施工，具有一定的借鑒作用。