雙側壁導坑法在大跨度分離式隧道施工中的應用研究

作者簡介：黃樂華（1989—），工程師，主要從事高速公路項目施工技術管理（隧道施工技術管理）工作。

為解決大跨度分離式隧道施工的穩(wěn)定性問題，文章結合巴平高速公路2號大斷面分離式Ⅴ級圍巖隧道施工實例，從開挖及支護、拆除臨時支護和二次襯砌等方面研究了雙側壁導坑開挖工法。通過對該隧道右線進口段YK5+075斷面圍巖的拱頂沉降、收斂位移及地表沉降位移進行監(jiān)控量測，判定隧道圍巖-支護體系的穩(wěn)定性。結果表明，右線進口段YK5+075斷面的拱頂沉降位移最大值為15.86 mm，收斂位移最大值為8.64 mm，地表沉降位移最大值為8.27 mm，均未超過預警值，施工方案效果良好。

雙側壁導坑法；大跨度分離式；隧道；施工；應用

U455.4A481703

0?引言

我國西部地區(qū)山嶺眾多，修建隧道經常面臨斷面跨度大、埋深淺等實際問題，在開挖施工過程中存在一定難度與風險［1］。對于大跨度隧道而言，由于高度基本保持不變，只是增大隧道的跨度，使隧道開挖后應力重分布差，對圍巖穩(wěn)定和結構受力產生不利影響，施工階段的安全風險壓力巨大，因此大跨度隧道施工技術應運而生［2］。雙側壁導坑法是一種主要的大跨度軟弱圍巖段施工技術，它將整個隧道斷面分為左、中、右3個斷面，可以減小單次開挖面積，并且邊開挖邊支護，最終形成一個完整的全斷面，降低隧道圍巖的沉降［3］。近年來，國內外學者們對雙側壁導坑法在大跨度隧道的應用比較關注，研究成果也較多，部分成果已成功應用到了隧道施工中，并取得了良好的效果［4］?；诖?，根據(jù)巴平高速公路2號隧道工程的特點，闡述雙側壁導坑法的施工方法，驗證該隧道施工方案的效果，為以后類似隧道施工提供一定的借鑒。

1?工程案例

1.1?工程概況

巴平高速公路位于河池市及百色市，其中以2號隧道為例，該隧道設計為分離式雙洞六車道單向行駛隧道，單洞為大斷面隧道，洞凈寬為19.18 m，凈高為11.19 m。右線設計里程為YK5+070～YK7+155，進洞口路面高程為178.805 m，出洞口路面高程為182.607 m，長2 085 m，最大埋深約為36 m。左線設計里程為ZK5+098～ZK7+167，進洞口路面高程為178.202 m，出洞口路面高程為181.878 m，長2 069 m，最大埋深約為48 m。

1.2?工程地形及地質條件

隧道項目位于中低山區(qū)，山體連綿起伏，地形起伏較大，山體長期受剝蝕切割作用，局部全風化基巖裸露，局部為殘坡積土層覆蓋。進出洞口端分布近南北向沖溝，多呈“V”字型溝谷切割較深。進出洞口端山體為緩坡地形，自然坡度為25°～35°。地表植被發(fā)育，多為樹木及雜草。根據(jù)地質調查及鉆探揭示，隧道區(qū)地層主要由粉質黏土、碎石、泥巖、砂巖組成。勘察區(qū)巖層產狀多變，巖石裂隙較發(fā)育-發(fā)育。節(jié)理裂隙多具壓扭性，裂隙較平直，多呈閉合狀，部分呈張開狀，圍巖質量較差，屬Ⅴ級圍巖［5］。

2?施工方案選擇

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，建設場地未發(fā)現(xiàn)明顯的崩塌、滑坡、不良地質作用，屬于相對穩(wěn)定的地區(qū)。根據(jù)前期勘測資料，目標段內圍巖類別均為Ⅴ級，由于巖（土）質風化嚴重，以破碎狀為主，且隧道工程斷面相對較大，缺乏完整性與穩(wěn)定性，常規(guī)的臺階法開挖極易導致坍塌。因此，綜合考慮安全、質量、進度等多方面因素，選擇采用雙側壁導坑法進行開挖施工，先對隧道右線YK5+070～YK7+155段進行開挖，以最大程度降低施工安全風險。施工過程盡量采用挖機和人工配合的方式，局部需爆破施工時，采取弱爆破施工，開挖嚴格做好監(jiān)控量測工作，同時應有較準確的超前地質預報。各導洞開挖后，應及時盡早封閉成環(huán)。由于工作面較多，要做好施工組織協(xié)調工作［6］。

3?隧道雙側壁導坑法施工要點

雙側壁導坑法以新奧法基本原理為依據(jù)［7］，把隧道斷面分割成左、中、右3個小斷面施工，解決大斷面、淺埋隧道開挖的安全性問題。左右對稱導洞斷面周邊輪廓圓順、近似橢圓，初期支護采用柔性支護體系，可輔加臨時支護措施，確保斷面盡早閉合，通過圍巖的自承能力控制圍巖變形，確保施工安全，具體施工工藝如圖1所示。

3.1?開挖及支護

基于巴平高速公路2號隧道施工組織方案，洞口段明洞設計過長，采用外接拱架回填反壓仰坡，縮短明洞。針對隧道洞口的淺埋Ⅴ級圍巖段而言，先做好地表防排水，然后選擇注漿小導管進行預注漿，從而增強土體結構穩(wěn)定性。小導管采用直徑為50 mm、長度d為5 m的熱軋無縫鋼管?？v向間隔距離為2.8 m，環(huán)向間隔距離為0.5 m，水灰比控制為1∶0.5，注漿壓力在0.5～1.0 MPa。待土體結構穩(wěn)定性后再進行洞口開挖，隧道邊墻與仰拱采用圓順連接，并在圓順連接的外側適當擴大拱腳，進洞后加強支護［8］。為減少開挖方法之間的復雜轉換，采用雙側壁導洞法，且兩洞錯開施工。將隧道斷面劃分為左側導洞上臺階、左側導洞下臺階、右側導洞上臺階、右側導洞下臺階、中部主洞上臺階、中部主洞中臺階和中部主洞下臺階7個部分，左右導洞間距應≥5 m，按順序根據(jù)圖紙進行開挖。如圖2所示。

（1）對左側導洞進行分臺階法開挖，先開挖左側導洞上臺階，布設初期鋼拱架等剛性支護，并選用C25混凝土進行混凝土結構層噴射，噴射厚度≥4 cm。為實現(xiàn)左側導洞墻體支撐，在左導洞的右側壁上建立鋼筋網與錨桿臨時支護。然后開挖左側導洞下臺階，下臺階開挖滯后于上臺階10～15 m，同理施作初期支護及臨時支護，使其自身能夠產生閉合結構。

（2）當左側導洞開挖推進距離達10 m時，對右側導洞進行開挖。如同左側導洞一致，右側導洞建立初期支護和臨時支護，從而使右側導洞形成穩(wěn)定閉合體系。

（3）中部主洞核心部分分三層開挖，待右側導洞開挖長度＞10 m時，開挖中部主洞上臺階核心土，建立拱部初期支護及水平臨時支撐。同理，對中部主洞中臺階和下臺階進行開挖，每層相比于上層滯后10～15 m。當中部主洞下臺階核心土開挖完成后，施作初期支護，做到早封閉、早成環(huán)。

3.2?拆除臨時支護

在完成隧道同斷面的初期支護結構后，在拱頂及兩側設置監(jiān)測點，對支護結構受力狀態(tài)和圍巖穩(wěn)固狀況進行監(jiān)測，然后判斷隧道巖體是否失穩(wěn)，當各項監(jiān)測數(shù)據(jù)結果符合規(guī)范，可以拆除臨時支護。為避免影響初期支護結構的穩(wěn)定性，臨時支護拆除必須嚴格控制震動情況。通常以中間臨時仰拱為起點進行拆除，再拆除兩側導洞臨時支護。拆除兩側臨時支護時，需要先將混凝土鑿除，整齊切割鋼筋網與錨桿，完成鋼拱架防護處理，并切割處理鋼拱架的連接板，最后拆除鋼拱架。待現(xiàn)場全面清理后，對初期支護破損位置的混凝土噴射找平。

3.3?二次襯砌

對于隧道洞口段、淺埋段、圍巖松散破碎段，盡早施作二次襯砌。在二次襯砌的作業(yè)區(qū)段，根據(jù)設計內容與要求綁扎仰拱二襯鋼筋，敷設防水層及防水保護層，以免出現(xiàn)滲漏水問題。檢查隧道中線、高程及斷面尺寸，都符合要求后，襯砌臺車進場，進行整體澆筑拱墻全斷面二次襯砌，襯砌臺車根據(jù)施工順序移位，完成二次襯砌作業(yè)。

4?隧道監(jiān)測分析

4.1?監(jiān)測方案

由于巴平高速公路2號隧道跨度大、矢跨比小，且又處于淺埋段，因此，圍巖及地表變形較為敏感。為了檢驗雙側壁導坑法在該隧道的應用情況，將拱頂和地表沉降作為驗證對象，對隧道開挖過程的拱頂沉降、地表沉降開展了監(jiān)控量測。在隧道開挖施工過程中，監(jiān)測斷面每隔5 m布置一個，監(jiān)測頻率為1次/d。選取隧道右線進口段YK5+075斷面的拱頂和地表沉降數(shù)據(jù)進行分析。在YK5+075斷面的中部主洞拱頂、左導洞拱頂、右導洞拱頂設置3個拱頂沉降測點，分別為GD1、GD2、GD3；在中部主洞上部、左導洞中部、右導坑中部設置3條圍巖收斂測線，分別為SL1、SL2、SL3（如圖3所示）。

另外，在垂直于線路方向設置13個地表沉降測點，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12、A13，每個測點間距3 m，如圖4所示。

4.2?監(jiān)測結果

拱頂沉降、收斂位移及地表沉降位移監(jiān)控量測時間均30 d，連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，并進行分析。右線進口段YK5+075斷面的拱頂沉降及收斂位移監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5所示。根據(jù)地表沉降位移測結果得知，最大地表沉降位移出現(xiàn)在A5測點，其地表沉降位移量測數(shù)據(jù)如圖6所示。

由圖5可以得知，拱頂沉降及收斂位移在開挖后4 d內，位移增長速率較快，之后中部主洞拱頂沉降及收斂位移增長速率較左導洞和右導洞要快。其中，右導洞沉降及收斂位移增長速率最慢，并且沉降及收斂位移最小。左導洞總沉降及位移量最大，主要是由于左導洞優(yōu)先開挖造成。巴平高速公路2號隧道右線進口段YK5+075斷面的最大拱頂沉降及收斂位移出現(xiàn)在左導洞中，拱頂沉降位移最大值為15.86 mm，收斂位移最大值為8.64 mm。

由圖6可以得知，隧道地表沉降位移最大值為8.27 mm，而導致A5測點地表沉降位移最大的原因是由于大斷面隧道的開挖必然擾動上覆土體，先行開挖的左導洞對上覆土體的擾動程度最大，而A5測點正好位于左導洞拱頂上方，當左導洞上臺階開挖時，必然引起臨近測點土體的擾動，沉降位移量會突增，且后期也會受到中部主洞上臺階開挖和右導洞上臺階開挖的影響，最終導致A5測點累計沉降位移量最大。

以上拱頂沉降、收斂位移及地表沉降位移監(jiān)控量測數(shù)據(jù)無較大異常變形值，且最大值都處于控制范圍內，未超過預警值，表明施工方案效果良好。

5?結語

本文鑒于大跨度分離式隧道的工程特點，以巴平高速公路2號大斷面分離式Ⅴ級圍巖隧道為研究對象，進行雙側壁導坑法開挖施工，并結合施工現(xiàn)場的監(jiān)控量測結果，得出以下結論：

（1）通過使用雙側壁導坑法，可有效解決在圍巖條件差路段的大跨度分離式隧道施工困難，同時又可以保證圍巖的穩(wěn)定性，施工效果良好。

（2）在雙側壁導坑法開挖過程中，要配合好超前支護、初期支護和臨時支護工序，并盡早封閉成環(huán)，以控制好施工中圍巖的變形及穩(wěn)定性。

（3）對于先行開挖的隧道右線YK5+070～YK7+155段，結合現(xiàn)場監(jiān)控量測結果，得出開挖順序對圍巖結構的位移變化特征，進口段YK5+075斷面監(jiān)控測量的最大拱頂沉降及收斂位移出現(xiàn)在左導洞中，地表沉降位移最大處位于A5測點。

參考文獻

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