淺談雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在西寧隧道中的應(yīng)用

杜長棟

On the Application of Double Sidewalk Pilot Method in Xining Tunnel

摘要：新建鐵路蘭新第二雙線西寧隧道為中國鐵路總公司I級高風(fēng)險隧道，其斷面大、埋深淺、圍巖軟弱、富水；本文依托蘭新第二雙線西寧隧道工程，結(jié)合隧道工程地質(zhì)和水文特征，針對特殊濕陷性黃土采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行開挖。通過詳細分析了施工的技術(shù)參數(shù)和步驟，并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)，保證了西寧隧道安全、該技術(shù)對以后同類隧道施工具有借鑒意義。

Abstract： The newly-built Lanxin Second Double-track Xining Tunnel is a Class I high-risk tunnel of the China National Railway Corporation. It has a large section， shallow depth， weak surrounding rocks and rich water. Relying on the Lanxin Second Double-track Xining tunnel project，combining the geology and hydrological characteristics of tunnel engineering，this article uses the double sidewall pilot method for excavation of special collapsible loess， and makes detailed analysis of the technical parameters and procedures of the construction in combination with on-site monitoring data. At last the security of the Xining tunnel is ensured and the technology has implications for future similar tunnel construction.

關(guān)鍵詞：淺埋；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法優(yōu)化；監(jiān)控量測技術(shù)

Key words： shallow burial；double sidewall pilot method；optimization of dual sidewall pilot method；monitoring measurement technology

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）15-0188-02

1 工程概況

1.1 工程簡介

西寧隧道為新建鐵路蘭新第二雙線的重難點工程，位于青海省西寧市，全長5750m，全隧圍巖軟弱，被鐵路總公司列為一級風(fēng)險隧道。DK192+120～DK193+490段共1370m為Ⅵ級圍巖淺埋段，全部為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，開創(chuàng)了全國在同一隧道雙側(cè)壁施工長度之最，實際開挖斷面面積約為170m2。

1.2 地質(zhì)情況

淺埋段地質(zhì)主要為砂質(zhì)黃土、細圓礫土、粗圓礫土、卵石土。該段地質(zhì)條件差，全部由Ⅵ級圍巖組成，隧道上半斷面處于濕陷性黃土中，下半斷面處于砂卵石層中，砂卵石層厚度3～5m。地下水水位處于內(nèi)軌頂位置，水量豐富。

1.3 支護參數(shù)

淺埋暗挖Ⅵ級圍巖段初期支護參數(shù)見表1。

2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法介紹

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，又稱雙側(cè)壁導(dǎo)洞法或眼鏡工法。在開挖導(dǎo)坑時，盡量減少對圍巖的擾動，導(dǎo)坑斷面近似橢圓，周邊輪廓圓順，避免應(yīng)力集中。初期支護采用鋼架、掛網(wǎng)、噴混凝土柔性支護體系，及時施作，使斷面及早閉合，以充分利用圍巖的自承能力，控制圍巖變形。建立一整套圍巖支護結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測系統(tǒng)，進行信息化施工管理，調(diào)整施工工藝和設(shè)計參數(shù)，確保施工安全。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工安全，但速度較慢，成本較高。

3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方法

3.1 施工工藝流程

首先進行超前支護或注漿加固地層，必要時封閉掌子面，先分部開挖中部兩側(cè)導(dǎo)坑土體，進行初期支護及臨時支護；然后繼續(xù)向下開挖兩側(cè)導(dǎo)坑土體，進行初期支護、臨時支護，左、右兩側(cè)壁導(dǎo)坑前后相錯3～5m，同側(cè)壁導(dǎo)坑上下錯開2～3m；最后開挖中部土體，并進行初期支護及臨時支護；在施作二次襯砌時，分段拆除臨時支護，然后依次施作仰拱及拱墻二次襯砌混凝土。

3.2 開挖及支護方法

3.2.1 側(cè)壁導(dǎo)坑上部開挖及支護

采用人工直接開挖，其中側(cè)壁上導(dǎo)坑分上、下兩個臺階。開挖步距要求左右側(cè)壁導(dǎo)坑錯開3～5m。開挖時人工手持洋鎬、鐵鍬開挖土方，在橫支撐位置縱向每隔3m開0.4m×1.0m棄碴孔，采用手推車將土方運送翻至下導(dǎo)坑，最后由裝載機從下導(dǎo)坑鏟出后由運輸汽車運走。

3.2.2 側(cè)壁導(dǎo)坑下部開挖及支護

側(cè)壁下導(dǎo)坑每循環(huán)進尺2～3榀，開挖步距要求與同側(cè)壁上導(dǎo)坑錯開2～3m，實際施工中會由于工序安排、機械影響等因素而導(dǎo)致錯開距離過長，但臺階長度應(yīng)盡量縮短。下導(dǎo)坑為PC-60小挖機開挖，人工修邊，856裝載機出碴。若監(jiān)控量測數(shù)據(jù)過大或下導(dǎo)坑較長時間未施工時需增設(shè)臨時橫支撐，可有效抑制拱頂下沉及水平收斂速度。

3.2.3 中上導(dǎo)坑開挖

中上導(dǎo)坑每循環(huán)進尺1榀，采用PC-60小挖機開挖，人工修邊，小挖機將土體甩至下臺階后由856裝載機出碴。開挖時預(yù)留核心土，每循環(huán)按環(huán)向間距30cm打設(shè)Φ42超前小導(dǎo)管，L=2.5m，初支背后設(shè)單層？準8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格大小20×20cm。

4 工法選擇

土體含水率在17～22%之間，土體極易發(fā)生突水、涌泥現(xiàn)象，仍然采取正常的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，對于易失穩(wěn)、坍塌地段，側(cè)壁上導(dǎo)坑的上部臺階或下部臺階采用開挖立架后馬上噴射砼支護，不必同步開挖、一起噴漿，防止掌子面立架完畢后長時間暴露而引起垮塌。

土體含水量超過22%，含水率飽和，掌子面極不穩(wěn)定，間歇性突水、涌泥、溜坍現(xiàn)象嚴重，進行了地表加固旋噴樁改良土體，然后根據(jù)改良效果選擇優(yōu)化后雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。在沉降速率過大時加設(shè)中上導(dǎo)坑的臨時橫支撐，這樣隧道上半斷面為一個整體封閉的雙側(cè)壁，下部導(dǎo)坑及仰拱按照與三臺階法相同進行施工。

5 洞內(nèi)平面布置要求

①左、右上導(dǎo)坑：各布置一條噴漿管路，一旦噴漿機從一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)時，不必布置管路，直接接頭接入噴漿機即可，減少移管路的時間；

②左、中、右上導(dǎo)坑：每8m設(shè)置人行通道口。即在臨時中隔壁上每隔8m鑿開門洞通道，便于人行和噴漿管路轉(zhuǎn)移，特別是施工仰拱時，中部無法布設(shè)軟梯，此通道尤為有效；

③左、右下導(dǎo)坑：導(dǎo)坑口與填充面相鄰處3m范圍的側(cè)水溝需采用預(yù)制鋼構(gòu)件臨時鋪填，便于裝載機行走以及之后前移。

6 洞內(nèi)拱頂下沉規(guī)律

拱頂下沉觀測點每5m布設(shè)一組，布設(shè)在中上導(dǎo)坑拱頂位置，采用40×40mm萊卡反射片通過全站儀觀測。

6.1 土體含水率在22%以下，標準雙側(cè)壁法施工

中上導(dǎo)坑從掌子面開挖到仰拱開挖之前，沉降較為均勻，從現(xiàn)場積累的觀察數(shù)據(jù)分析來看，從掌子面開挖到臨時支護拆除趨于穩(wěn)定后（一般需要45天左右時間），中上導(dǎo)坑拱頂沉降開累為200～300mm。

6.2 土體含水率在22%以上，地表加固旋噴樁，采用優(yōu)化后雙側(cè)壁法施工

在DK193+100～DK193+274段，由于地下水豐富、掌子面整體呈流泥狀態(tài)，開挖前，地表加固旋噴樁已經(jīng)超前掌子面30m以上，但旋噴樁加固后，部分淤泥仍從樁間流出，樁體因受力過大而折斷。項目部對工法進行了調(diào)整，循環(huán)速度加快，隧道成洞由原來的單口15m提高到20m。在此期間沉降數(shù)據(jù)也相應(yīng)加大，根據(jù)對中上導(dǎo)坑拱頂監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，仰拱開挖至仰拱初支完畢基本控制在50mm之內(nèi)。從側(cè)壁上導(dǎo)坑掌子面開挖到臨時支護拆除、仰拱澆筑完畢，整個過程會需要30～35d，開累沉降會達到500～700mm之間。

7 西寧隧道淺埋段工序卡控措施

西寧隧道淺埋段地質(zhì)條件非常差，沉降量均較大，其坍塌的風(fēng)險非常巨大，為盡可能地降低隧道坍塌風(fēng)險，特制定如下措施：

①實行領(lǐng)導(dǎo)及項目部部門包保責(zé)任，實行24小時值班制度，加強現(xiàn)場盯控力度。

②嚴格遵守“先加固、管超前、短進尺、強支護、早封閉（包括二次襯砌）、勤量測、速反饋”的原則組織施工。

③開挖過程避免超挖，特別是拱（墻）腳，采用機械開挖時必須預(yù)留20cm以上采用人工開挖，一旦超挖必須采用同級混凝土或鋼板鋪墊，禁止鋼架懸空或置于渣土之上。

④噴射混凝土必須飽滿平整，嚴禁鋼架背后存在空洞；初期支護每循環(huán)進行一次注漿，掌子面滲水地段適當(dāng)加水玻璃，確保鋼架背后無空洞，保證初期支護質(zhì)量。

⑤洞內(nèi)外必須24小時設(shè)專人安全觀察放哨，專人值班，禁止閑雜人員進入危險區(qū)域，同時洞內(nèi)加強照明，一旦出現(xiàn)險情，立即撤出所有人員。

⑥地表清理后，及時查找水源，截斷水源，同時做好雨季地表水引排，防止地表水下滲繼續(xù)軟化圍巖。

⑦運行質(zhì)量保證體系，建立施工工序質(zhì)量卡控要點責(zé)任制度，每道工序質(zhì)量落實到人，嚴格執(zhí)行“三檢”制度，形成有效檢查記錄，要具有可追溯性。

8 結(jié)語

西寧隧道具有大跨、淺埋、富水、濕陷性黃土等特點，通過對其施工關(guān)鍵技術(shù)的研究，針對不同地層采用不同雙側(cè)壁優(yōu)化工法，從而實現(xiàn)了西寧隧道安全快速施工。通過采取土體超前改良加固措施，根據(jù)改良效果選擇優(yōu)化雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，詳細擬定施工參數(shù)，優(yōu)化施工步驟和技術(shù)要點，為富水區(qū)可溶、膨脹巖防溶蝕、防坍塌安全、快速施工提供了借鑒。

參考文獻：

[1]王曉州.大斷面黃土隧道建設(shè)技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計要點集[M].北京：人民交通出版社， 2003.

[3]王春學(xué).淺埋暗挖隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工技術(shù)[J].價值工程，2016（06）.