雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在黃土淺埋大斷面隧道中的應(yīng)用

曹 鋒，劉鳳奎

（蘭州交通大學(xué)，730070）

1 工程概況

西寧鐵路地區(qū)西寧站樞紐綜合改造工程褚家營(yíng)隧道全長(zhǎng)3130m，位于西寧市境內(nèi)。HDK172+970～HDK173+100段下穿蘭西高速公路，埋深3.2～9.8m。設(shè)計(jì)為雙線鐵路大斷面黃土隧道，隧道最大開挖寬度為12.56m，最大開挖高度為12.12m，最大開挖面積為122.65m2。該段圍巖為V級(jí)，處于黃土淺埋地段，地基為飽和的砂質(zhì)黃土，承載力較低。由于地質(zhì)較差，埋深較淺，故采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。

2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝

隧道開挖采用人工開挖，應(yīng)堅(jiān)持“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則循序漸進(jìn)的施工。各導(dǎo)坑開挖應(yīng)嚴(yán)格按照順序進(jìn)行，并且各導(dǎo)坑的開挖面需保持錯(cuò)開一定的距離。Ⅰ、Ⅱ?qū)Э幼笥也块_挖面應(yīng)分別錯(cuò)開3～5m，堅(jiān)決避免開挖面平行。Ⅱ?qū)Э娱_挖面應(yīng)與Ⅰ導(dǎo)坑錯(cuò)開3～5m，同樣，Ⅲ中導(dǎo)坑上部、Ⅳ中導(dǎo)坑中部、Ⅴ中導(dǎo)坑下部開挖面應(yīng)分別與前一導(dǎo)坑開挖面錯(cuò)開3～5m。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工序正面圖

掌子面上半斷面設(shè)玻璃纖維錨桿，并根據(jù)施工情況必要時(shí)對(duì)上半斷面采用噴射C25混凝土封閉。各導(dǎo)坑每次開挖支護(hù)的長(zhǎng)度控制在0.5m，二次支護(hù)1m為一個(gè)循環(huán)，開挖后應(yīng)及時(shí)支護(hù)噴錨。支護(hù)噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上時(shí)再進(jìn)行下一步開挖。臨時(shí)鋼架的拆除應(yīng)等洞身主題結(jié)構(gòu)初期支護(hù)施工完，并經(jīng)監(jiān)測(cè)判斷穩(wěn)定后進(jìn)行拆除，嚴(yán)格控制拆除順序及拆除長(zhǎng)度，臨時(shí)支護(hù)拆除長(zhǎng)度達(dá)6m時(shí)，應(yīng)立即施作二次襯砌。每次拆除臨時(shí)支護(hù)不應(yīng)超過2榀鋼架，拆除時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。

3 關(guān)鍵控制技術(shù)及沉降分析

3.1 開挖進(jìn)尺控制

隧道開挖過程中，對(duì)首先開挖的Ⅰ導(dǎo)坑左部，進(jìn)行了開挖進(jìn)尺的優(yōu)化研究。在Ⅰ導(dǎo)坑開挖時(shí)，分別在開挖進(jìn)尺為0.4m、0.5m、0.6m、0.8m四種情況下，一次開挖2榀，對(duì)Ⅰ導(dǎo)坑左部洞口頂部沉降量進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。四種情況下的監(jiān)控量測(cè)值變化曲線如圖3所示。

由此可以看出，隨著開挖進(jìn)尺的增大，導(dǎo)坑洞口頂部的沉降值也隨著增大，但也不能太小，太小了費(fèi)工費(fèi)料而且嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。因此，在各導(dǎo)坑開挖時(shí)，要嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺。開挖進(jìn)尺為0.4m、0.5m的情況下，沉降值相差不大，從經(jīng)濟(jì)和安全角度綜合考慮，選擇0.5m的進(jìn)尺更為合理。

3.2 臨時(shí)支撐的拆除控制

臨時(shí)支撐的拆除應(yīng)在初期支護(hù)完成后，監(jiān)控量測(cè)穩(wěn)定的情況下予以拆除，每次拆除臨時(shí)支撐不應(yīng)超過2榀鋼架。臨時(shí)支撐的拆除順序及拆除長(zhǎng)度，影響著隧道整體的穩(wěn)定。在拆除初期，分別在三種不同的拆除順序下，對(duì)隧道洞口頂部的沉降情況進(jìn)行了監(jiān)控量測(cè)。第一種拆除順序：①→③→②→④；第二種拆除順序：②→①→③→④；第三種拆除順序：③→②→①→④。三種不同的拆除順序下分別在Ⅰ、Ⅱ?qū)Э幼笥也砍踔c臨時(shí)支撐連接點(diǎn)及Ⅲ導(dǎo)坑頂部布設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)。各拆除順序下各部位沉降值如圖4所示。

圖3 各拆除順序下的各部位沉降值變化曲線

由此可以看出，第一種拆除順序優(yōu)于第二種拆除順序，第二種拆除順序優(yōu)于第三種拆除順序。第一種拆除順序下的各部位沉降值最小，那么隧道的穩(wěn)定性也最好。因此，在臨時(shí)支撐的拆除時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照第一種拆除順序進(jìn)行，拆除長(zhǎng)度宜控制在6m。

3.3 地表沉降分析

隧道在開挖、初支、臨時(shí)支撐、二次支護(hù)、臨時(shí)支撐拆除、二次襯砌的施工過程中，進(jìn)行多次監(jiān)控量測(cè)，隨時(shí)量測(cè)隨時(shí)記錄。最終在已經(jīng)施工完成的段內(nèi)，對(duì)隧道拱頂上部地表的沉降做了統(tǒng)計(jì)分析。以隧道中線為中心向兩側(cè)每隔3m對(duì)稱布置觀測(cè)點(diǎn)，累積地表沉降值如圖5所示。

圖4 地表累積沉降量變化曲線

由此得知，隧道施工完畢后，拱頂及路面沉降規(guī)律如上圖。隧道中線上方沉降量最大，越向兩側(cè)，沉降值越小。隧道上方實(shí)際地表累積沉降規(guī)律呈“漏斗型”分布，最大沉降值7.1mm，不僅滿足了隧道自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求，而且不影響隧道上方高速公路的通行。

4 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

4.1 玻璃纖維錨桿的設(shè)置

隧道開挖前，在掌子面上半部分設(shè)置長(zhǎng)10m，間距1.5×1.5m的玻璃纖維錨桿。Ⅱ?qū)Э娱_挖前，在Ⅰ導(dǎo)坑開挖面上以同樣的要求設(shè)置玻璃纖維錨桿。Ⅴ中導(dǎo)坑下部開挖時(shí)應(yīng)在Ⅳ中導(dǎo)坑中部以同樣的要求設(shè)置玻璃纖維錨桿。這樣可以減少在下一導(dǎo)坑開挖時(shí)，對(duì)上一導(dǎo)坑的擾動(dòng)，從而不會(huì)過大的影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。玻璃纖維錨桿的設(shè)置，增強(qiáng)了自身導(dǎo)坑的穩(wěn)定，也為下一導(dǎo)坑的開挖提供了安全保障。進(jìn)一步提高了圍巖的自承能力，增強(qiáng)了隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，為黃土、淺埋地質(zhì)下隧道安全可靠施工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.2 型鋼腳部設(shè)支撐墊塊

各導(dǎo)坑在開挖時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照開挖進(jìn)尺開挖。開挖后，應(yīng)立即進(jìn)行型鋼支護(hù)，并掛網(wǎng)噴射混凝土封閉。在各導(dǎo)坑開挖后，進(jìn)行型鋼初期支護(hù)時(shí)，在型鋼腳部設(shè)置30×30×10cm的混凝土支撐墊塊。支撐墊塊的設(shè)置，有效的避免了初期支護(hù)時(shí)型鋼在凹凸不平的支撐面上容易發(fā)生失穩(wěn)的不利情況，大大提高了型鋼支護(hù)時(shí)的穩(wěn)定性和承載力。還可以保證型鋼腳部平面的平整，從而在底下一導(dǎo)坑開挖后，與其支護(hù)型鋼的平順連接。

4.3 鎖腳錨管的設(shè)置

導(dǎo)坑開挖后，在初期支護(hù)型鋼架設(shè)完成時(shí)，分別在Ⅰ左、右導(dǎo)坑左右兩邊拱腳部分設(shè)置長(zhǎng)3.5m的外徑42mm的鎖腳錨管，Ⅱ左、右導(dǎo)坑分別在左、右拱腳處同樣設(shè)置。鎖腳錨管的錨固與鋼架的連接，充分提高了鋼架的整體和穩(wěn)定性，有效的避免了鋼架的脫空與滑落。也控制了開挖過程中洞內(nèi)的水平收斂位移，從而充分的發(fā)揮了型鋼初支的受壓承載力。

4.4 格柵鋼架的設(shè)置

初期支護(hù)完成后，及時(shí)用混凝土噴射封閉，緊接著進(jìn)行二次支護(hù)。二次支護(hù)采用格柵鋼架進(jìn)行支護(hù)，格柵鋼架支護(hù)完成后，用混凝土噴射封閉。格柵鋼架的設(shè)置，進(jìn)一步提高了隧道洞身的穩(wěn)定性，為臨時(shí)支護(hù)的拆除打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二次支護(hù)完成后，洞內(nèi)的水平收斂位移及拱頂沉降都有顯著改善，同時(shí)，有利于拱墻二次襯砌的施作。

5 結(jié)論

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在黃土淺埋地段大斷面隧道中得到了很好的應(yīng)用，顯著的改善了洞內(nèi)的水平收斂位移及拱頂沉降值。但是在開挖及支護(hù)的過程中，必須嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺及臨時(shí)支撐的拆除順序等關(guān)鍵技術(shù)，還可以通過設(shè)置玻璃纖維錨桿、鎖腳錨管、格柵鋼架以及型鋼腳部設(shè)支撐墊塊來優(yōu)化支護(hù)參數(shù)。隧道施工過程及施工完成后，地表累積沉降量以隧道中線為中心向兩側(cè)呈“漏斗型”分布。通過優(yōu)化支護(hù)參數(shù)、控制關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，大大提高了支護(hù)承載力和隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在黃土淺埋地段大斷面隧道中取得了良好的效果。

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