雙側壁導坑法在黃土淺埋大斷面隧道中的應用

曹 鋒，劉鳳奎

（蘭州交通大學，730070）

1 工程概況

西寧鐵路地區西寧站樞紐綜合改造工程褚家營隧道全長3130m，位于西寧市境內。HDK172+970～HDK173+100段下穿蘭西高速公路，埋深3.2～9.8m。設計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，處于黃土淺埋地段，地基為飽和的砂質黃土，承載力較低。由于地質較差，埋深較淺，故采用雙側壁導坑法施工。

2 雙側壁導坑法施工工藝

隧道開挖采用人工開挖，應堅持“短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則循序漸進的施工。各導坑開挖應嚴格按照順序進行，并且各導坑的開挖面需保持錯開一定的距離。Ⅰ、Ⅱ導坑左右部開挖面應分別錯開3～5m，堅決避免開挖面平行。Ⅱ導坑開挖面應與Ⅰ導坑錯開3～5m，同樣，Ⅲ中導坑上部、Ⅳ中導坑中部、Ⅴ中導坑下部開挖面應分別與前一導坑開挖面錯開3～5m。

圖1 雙側壁導坑法工序正面圖

掌子面上半斷面設玻璃纖維錨桿，并根據施工情況必要時對上半斷面采用噴射C25混凝土封閉。各導坑每次開挖支護的長度控制在0.5m，二次支護1m為一個循環，開挖后應及時支護噴錨。支護噴射混凝土達到設計強度的80%以上時再進行下一步開挖。臨時鋼架的拆除應等洞身主題結構初期支護施工完，并經監測判斷穩定后進行拆除，嚴格控制拆除順序及拆除長度，臨時支護拆除長度達6m時，應立即施作二次襯砌。每次拆除臨時支護不應超過2榀鋼架，拆除時應加強監控量測。

3 關鍵控制技術及沉降分析

3.1 開挖進尺控制

隧道開挖過程中，對首先開挖的Ⅰ導坑左部，進行了開挖進尺的優化研究。在Ⅰ導坑開挖時，分別在開挖進尺為0.4m、0.5m、0.6m、0.8m四種情況下，一次開挖2榀，對Ⅰ導坑左部洞口頂部沉降量進行監控量測。四種情況下的監控量測值變化曲線如圖3所示。

由此可以看出，隨著開挖進尺的增大，導坑洞口頂部的沉降值也隨著增大，但也不能太小，太小了費工費料而且嚴重影響了施工進度。因此，在各導坑開挖時，要嚴格控制開挖進尺。開挖進尺為0.4m、0.5m的情況下，沉降值相差不大，從經濟和安全角度綜合考慮，選擇0.5m的進尺更為合理。

3.2 臨時支撐的拆除控制

臨時支撐的拆除應在初期支護完成后，監控量測穩定的情況下予以拆除，每次拆除臨時支撐不應超過2榀鋼架。臨時支撐的拆除順序及拆除長度，影響著隧道整體的穩定。在拆除初期，分別在三種不同的拆除順序下，對隧道洞口頂部的沉降情況進行了監控量測。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導坑左右部初支與臨時支撐連接點及Ⅲ導坑頂部布設監控量測點。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，第一種拆除順序優于第二種拆除順序，第二種拆除順序優于第三種拆除順序。第一種拆除順序下的各部位沉降值最小，那么隧道的穩定性也最好。因此，在臨時支撐的拆除時，應嚴格按照第一種拆除順序進行，拆除長度宜控制在6m。

3.3 地表沉降分析

隧道在開挖、初支、臨時支撐、二次支護、臨時支撐拆除、二次襯砌的施工過程中，進行多次監控量測，隨時量測隨時記錄。最終在已經施工完成的段內，對隧道拱頂上部地表的沉降做了統計分析。以隧道中線為中心向兩側每隔3m對稱布置觀測點，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，拱頂及路面沉降規律如上圖。隧道中線上方沉降量最大，越向兩側，沉降值越小。隧道上方實際地表累積沉降規律呈“漏斗型”分布，最大沉降值7.1mm，不僅滿足了隧道自身結構的穩定性要求，而且不影響隧道上方高速公路的通行。

4 支護參數優化

4.1 玻璃纖維錨桿的設置

隧道開挖前，在掌子面上半部分設置長10m，間距1.5×1.5m的玻璃纖維錨桿。Ⅱ導坑開挖前，在Ⅰ導坑開挖面上以同樣的要求設置玻璃纖維錨桿。Ⅴ中導坑下部開挖時應在Ⅳ中導坑中部以同樣的要求設置玻璃纖維錨桿。這樣可以減少在下一導坑開挖時，對上一導坑的擾動，從而不會過大的影響結構的穩定。玻璃纖維錨桿的設置，增強了自身導坑的穩定，也為下一導坑的開挖提供了安全保障。進一步提高了圍巖的自承能力，增強了隧道結構的整體穩定，為黃土、淺埋地質下隧道安全可靠施工奠定了堅實的基礎。

4.2 型鋼腳部設支撐墊塊

各導坑在開挖時，應嚴格按照開挖進尺開挖。開挖后，應立即進行型鋼支護，并掛網噴射混凝土封閉。在各導坑開挖后，進行型鋼初期支護時，在型鋼腳部設置30×30×10cm的混凝土支撐墊塊。支撐墊塊的設置，有效的避免了初期支護時型鋼在凹凸不平的支撐面上容易發生失穩的不利情況，大大提高了型鋼支護時的穩定性和承載力。還可以保證型鋼腳部平面的平整，從而在底下一導坑開挖后，與其支護型鋼的平順連接。

4.3 鎖腳錨管的設置

導坑開挖后，在初期支護型鋼架設完成時，分別在Ⅰ左、右導坑左右兩邊拱腳部分設置長3.5m的外徑42mm的鎖腳錨管，Ⅱ左、右導坑分別在左、右拱腳處同樣設置。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的水平收斂位移，從而充分的發揮了型鋼初支的受壓承載力。

4.4 格柵鋼架的設置

初期支護完成后，及時用混凝土噴射封閉，緊接著進行二次支護。二次支護采用格柵鋼架進行支護，格柵鋼架支護完成后，用混凝土噴射封閉。格柵鋼架的設置，進一步提高了隧道洞身的穩定性，為臨時支護的拆除打下了堅實的基礎。二次支護完成后，洞內的水平收斂位移及拱頂沉降都有顯著改善，同時，有利于拱墻二次襯砌的施作。

5 結論

雙側壁導坑法在黃土淺埋地段大斷面隧道中得到了很好的應用，顯著的改善了洞內的水平收斂位移及拱頂沉降值。但是在開挖及支護的過程中，必須嚴格控制開挖進尺及臨時支撐的拆除順序等關鍵技術，還可以通過設置玻璃纖維錨桿、鎖腳錨管、格柵鋼架以及型鋼腳部設支撐墊塊來優化支護參數。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呈“漏斗型”分布。通過優化支護參數、控制關鍵技術應用雙側壁導坑法，大大提高了支護承載力和隧道結構的穩定性，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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