拉槽法在長大明挖隧道開挖施工中的優(yōu)勢及應(yīng)用

中鐵十五局集團(tuán)第三工程有限公司，四川 成都 611700

1 東晉隧道工程概況

由中鐵十五局集團(tuán)第三工程有限公司負(fù)責(zé)施工的東晉隧道DK7+500～DK9+700段位于山西省太原市晉源區(qū)，該隧道為明挖隧道，全長2200m，圍巖等級為Ⅵ級，線間距為4～5m，為雙線隧道，設(shè)計(jì)列車行車速度為120km/h。在DK7+575里程處設(shè)斜井一處。

該隧道所經(jīng)過地區(qū)地質(zhì)成分復(fù)雜，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)較差。地層從上而下為雜填土，厚度為1～2m；素填土，厚度為2～4m；新黃土，厚度為4～8m；粉土，厚度為8～12m；粉質(zhì)黏土，厚度為12～16m。冠梁以下土方以黃土、粉土為主。

2 施工方案的技術(shù)比較

2.1 臺階接力法施工

設(shè)計(jì)圖紙要求明洞基坑開挖采用臺階接力法施工，此方法需要根據(jù)基坑開挖深度配備挖掘機(jī)，利用反鏟挖掘機(jī)將基坑內(nèi)土方逐級倒至原地面，在原地面采用自卸車運(yùn)輸?shù)姆椒▽⑼练竭\(yùn)至棄土場或回填。施工共分為五步，土方開挖縱斷面示意圖見圖1。

圖1 土方開挖縱斷面示意圖

第一步：利用1#挖掘機(jī)將④部土方挖運(yùn)至③部，開挖后及時(shí)進(jìn)行樁間網(wǎng)噴支護(hù)并安裝第三道鋼支撐。

第二步：利用2#挖掘機(jī)將③部土方挖運(yùn)至②部，開挖后及時(shí)進(jìn)行樁間網(wǎng)噴支護(hù)并安裝第二道鋼支撐。

第三步：利用3#挖掘機(jī)將②部土方挖運(yùn)至①部，開挖后及時(shí)進(jìn)行樁間網(wǎng)噴支護(hù)并安裝第一道鋼支撐。

第四步：利用4#挖掘機(jī)將①部土方挖運(yùn)至原地面上停放的自卸車內(nèi)，由自卸車將土方拉至棄土場或用于回填基坑。

第五步：根據(jù)此方法，逐級退臺，滿足底板澆筑長度后，及時(shí)澆筑墊層及底板混凝土。

2.2 拉槽法施工

拉槽法施工共分為七步，施工橫縱斷面示意圖見圖2、圖3。

圖2 拉槽法施工縱斷面示意圖

圖3 拉槽法施工橫斷面示意圖（單位：mm）

第一步：開挖第⑦部土方，長度滿足自卸車運(yùn)輸坡度即可，一次性開挖不宜過長，開挖完成后及時(shí)按照設(shè)計(jì)要求對臨時(shí)邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。

第二步：順坡開挖①、③、⑤部土方，開挖寬度滿足挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)半徑即可，完成后作為自卸車運(yùn)輸通道和挖掘機(jī)作業(yè)平臺，運(yùn)輸通道整體坡度控制在10%左右。基坑兩側(cè)預(yù)留土方縱橫坡度為1∶0.5，可根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整坡度，確保土體穩(wěn)定。

第三步：開挖第②部土方，利用運(yùn)輸通道將土方直接裝車運(yùn)至棄土場或回填，完成后及時(shí)進(jìn)行樁間噴錨支護(hù)并安裝第三道鋼支撐。

第四步：開挖第④部土方，利用運(yùn)輸通道將土方直接裝車運(yùn)至棄土場或回填，完成后及時(shí)進(jìn)行樁間噴錨支護(hù)并安裝第二道鋼支撐。

第五步：開挖第⑥部土方，利用運(yùn)輸通道將土方直接裝車運(yùn)至棄土場或回填，完成后及時(shí)進(jìn)行樁間噴錨支護(hù)并安裝第一道鋼支撐。

第六步：利用以上方法逐級退坡，滿足長度要求后，及時(shí)澆筑墊層及底板混凝土。

第七步：貫通階段剩余基底部分土方使用長臂挖機(jī)挖出，人工清底整平后及時(shí)澆筑墊層混凝土。

2.3 拉槽法開挖的優(yōu)勢

（1）由上述兩種方法可以看出，采用拉槽法能節(jié)約挖掘機(jī)3臺，且能夠充分發(fā)揮挖掘機(jī)的開挖效率。

（2）拉槽法施工基坑兩側(cè)預(yù)留土體可以減小基坑收斂值，保證了基坑開挖的安全性。

（3）冠梁下主要為黃土及黏土，土體整體穩(wěn)定性較好，此方法充分利用了土體的這一特性。

3 施工方案經(jīng)濟(jì)比較

由計(jì)算得出，東晉隧道DK7+500～DK9+700段開挖土方共59萬m3，挖掘機(jī)采用租賃方式，根據(jù)空間尺寸選用小松PC300挖掘機(jī)，斗容量為1.4m3，太原地區(qū)每月租金為3.5萬元。采用拉槽法施工，自卸車運(yùn)距增加約200m，每立方米增加成本約0.5萬元。兩種方法的成本對比見表1。

表1 臺階接力法與拉槽法開挖成本對比分析表 單位：萬元

由表1可知，采用拉槽法施工，土方開挖工序可節(jié)約成本107.5萬元，降低了施工成本，增加了經(jīng)濟(jì)收益。

4 拉槽法開挖施工工藝

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

（1）編制東晉隧道明挖段深基坑開挖及支護(hù)方案，該工程開挖深度超過5m，屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，故組織專家進(jìn)行論證，論證后將方案報(bào)監(jiān)理及建設(shè)單位審批。

（2）開工前對作業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底和培訓(xùn)，確保作業(yè)人員熟悉開挖及支護(hù)的各道工序。

4.2 施工便道及地面排水溝施工

（1）為方便施工在開挖線2m外設(shè)置施工便道，每50m設(shè)一處吊車及天泵支設(shè)平臺。

（2）為避免地表雨水進(jìn)入明挖基坑內(nèi)，在便道外側(cè)設(shè)置截水溝，將水引排至附近的河流，防止地面水倒流，造成坑邊積水，防止雨水下滲影響邊坡及基坑穩(wěn)定。

4.3 降水井施工

設(shè)計(jì)要求DK7+500～DK9+000段采用井點(diǎn)降水，DK9+000～DK9+700段采用坑內(nèi)降水。降水井間距為10m，雙側(cè)設(shè)置，降水管采用φ400mm無砂水泥管（壁厚50mm），井徑按φ705mm設(shè)置，埋設(shè)深度為H+4.5m（H為基坑深度）。在開挖前一個(gè)月開始降水，確?；娱_挖時(shí)水位線在基坑底以下，主體結(jié)構(gòu)施工完成后停止降水，回填降水井。

4.4 冠梁頂以上土方開挖及臨時(shí)邊坡防護(hù)

冠梁頂以上土方開挖每次開挖高度不超過2m，邊開挖邊支護(hù)。臨時(shí)邊坡開挖深度大于3m時(shí)，坡度為1∶0.5，采用土釘墻支護(hù)；臨時(shí)邊坡開挖深度小于3m時(shí)，坡度為1∶1，采用噴錨支護(hù)，將φ8mm@150mm×150mm鋼筋網(wǎng)片在現(xiàn)場預(yù)制成片狀鋪設(shè)，搭接300mm。面層噴射C25早強(qiáng)混凝土，厚度為100mm。

4.5 圍護(hù)樁及冠梁施工

按照設(shè)計(jì)要求在基坑兩側(cè)打設(shè)圍護(hù)樁，圍護(hù)樁采用φ1000mm@1500mm鋼筋混凝土灌注樁，混凝土強(qiáng)度等級為C30，鉆孔樁采用旋挖鉆機(jī)或沖擊鉆機(jī)成孔，混凝土統(tǒng)一用集中拌和站攪拌，并用混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸，使用導(dǎo)管法灌注混凝土。鉆孔樁灌注完成后及時(shí)破除樁頭，施作冠梁，冠梁尺寸為1.0m×1.2m，將圍護(hù)樁連成整體。

4.6 基坑開挖及支護(hù)

（1）土方開挖。待圍護(hù)樁及冠梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后采用拉槽法開挖樁間土方，根據(jù)建設(shè)單位工期要求，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況，除了利用2#斜井，還分別在DK8+400、DK9+300處開口下挖。基坑底預(yù)留20cm采用人工清底，完成后及時(shí)澆筑混凝土墊層，封閉開挖面。

（2）樁間支護(hù)。土方開挖總體遵循邊開挖邊支護(hù)的原則，樁間土體開挖后及時(shí)采用網(wǎng)噴防護(hù)，噴C25早強(qiáng)混凝土厚100mm，φ8mm鋼筋網(wǎng)格間距為150mm×150mm，鋼筋網(wǎng)采用φ22mm錨筋錨入樁間土體內(nèi)固定，錨筋長度為2m，豎向間距為1m，橫向間距為1.5m。

開挖至設(shè)計(jì)位置后及時(shí)安裝鋼支撐，鋼支撐采用φ609mm鋼管，縱向間距為4.5m。

4.7 主體結(jié)構(gòu)施工

開挖至基坑底后，及時(shí)施作墊層、防水層及底板鋼筋混凝土，確?；臃€(wěn)定安全。

4.8 土方回填

待襯砌強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，及時(shí)按設(shè)計(jì)要求分層回填、分層夯實(shí)洞頂土方至原地面。

4.9 監(jiān)控量測

土方開挖過程中按照設(shè)計(jì)要求布設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)，并按要求頻率進(jìn)行監(jiān)測，反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，若超過預(yù)警值應(yīng)報(bào)警，并及時(shí)分析數(shù)據(jù)，采取措施，確?；娱_挖安全。

5 注意事項(xiàng)

（1）土方開挖過程中要做好環(huán)保工作，及時(shí)在便道上灑水，避免揚(yáng)塵。便道進(jìn)出口設(shè)置車輛沖洗裝置。場地上臨時(shí)堆放的土方要用濾網(wǎng)及時(shí)覆蓋。

（2）基坑邊2m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆載，確保邊坡安全穩(wěn)定。

（3）土方開挖后，要及時(shí)進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，及時(shí)安裝鋼支撐，避免開挖面暴露時(shí)間過長，引起樁間土體塌落。

（4）土方開挖前，要對挖掘機(jī)、自卸車等車輛駕駛?cè)藛T進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn)并考核，考核合格的人員方可上崗，所有駕駛?cè)藛T嚴(yán)禁疲勞駕駛、酒后駕駛，車輛行駛速度不能超過規(guī)定要求。

（5）在基坑開挖過程中，如果發(fā)現(xiàn)有與設(shè)計(jì)不符的地質(zhì)情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)監(jiān)理、業(yè)主確認(rèn)，并做好記錄，繪制施工工程地質(zhì)素描圖。

（6）土方施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，及時(shí)澆筑混凝土墊層封閉該段長度，使之處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免雨水等情況造成坑底涌水、隆起現(xiàn)象。

（7）雨后立即對基坑支護(hù)變形進(jìn)行觀察，一旦基坑支護(hù)變形超出允許范圍，立即采取補(bǔ)救措施，雨后對控制樁位進(jìn)行復(fù)核。

（8）用機(jī)械開挖土方時(shí)，嚴(yán)禁開挖機(jī)械碰撞鋼支撐。

6 結(jié)束語

東晉隧道土方及支護(hù)結(jié)構(gòu)目前已全部完成，施工過程中根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反映，未出現(xiàn)報(bào)警情況，整個(gè)開挖過程安全可控。因此，在長大明挖隧道采用拉槽法開挖，有利于維護(hù)基坑穩(wěn)定、加快施工進(jìn)度、節(jié)約施工成本，同時(shí)也為類似設(shè)計(jì)、類似工程總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，提供了安全有效的解決方案。