雙側壁導坑法在隧道中的應用

福建路橋建設有限公司 福建福州 350002

摘要：隧道雙側壁導坑開挖法，以新奧法為基本理論依據，它屬于新奧法理論的一個分支。進行兩側導坑開挖時，采用小型挖掘機開挖或炮錘松土，人工開挖修整輪廓，必要時輔以人工手持風鉆鉆孔，進行弱爆破或局部微爆破，以減少對周邊圍巖的擾動，控制超欠挖。兩側導坑斷面必須近似橢圓形，以避免應力集中而引發局部失穩。開挖斷面應及早閉合成環，以充分利用巖體的自穩能力，嚴格控制圍巖變形。初期支護采用工字（格柵）鋼架、系統錨桿、鋼筋網、噴射混凝土形成柔性支護體系統。同時根據實際工作的情況，科學、合理的建立圍巖支護結構健康的測量的系統，能夠在保證正常工作秩序不受到影響的情況下，在現有的科技水平的基礎上，進一步的改進施工工藝，促進施工水平不斷的提高。

關鍵詞：隧道雙側壁導坑開挖

目前隧道開挖方法分為以下六種：①雙側壁導坑法、②交叉中壁法，也稱為CRD法、③中隔壁法，也稱為CD法、④環形開挖留核心土法、⑤臺階法、⑥全斷面法。如何選擇正確的開挖方法是施工組織的重要依據，因此應根據工程的實際情況綜合考慮，但必須符合安全第一、保證質量和節約成本的要求，盡量達到規避或降低施工風險、確保施工安全、節約投資成本以及加快施工進度和的目的。下文結合廣東云浮江羅高速王北凹探討雙側壁導坑開挖方法在隧道開挖過程中的應用。

1、施工工藝特點

1.1隧道雙側壁導坑法又稱眼鏡工法或雙側壁導洞法，是隧道開挖多種形式中的一種常見開挖方式。以巖體力學為基礎，新奧法為指導依據，充分發揮圍巖自承能力及支護能力，確保開挖過程中圍巖的穩定。

1.2多工種序平行立體交叉作業，可以避免施工間相互干擾，確保施工進度。

1.3、施工過程中各項工序安排組織合理有序，同時必須加強洞內施工管理和圍巖監控量測。如果變形速率加速增加，應立即停止開挖，加強支護，保證圍巖和初次襯砌處于穩定狀態。

2、適用范圍

此方法適合于四～五級的軟弱圍巖地層，地質土層松散、圍巖較差條件下的淺埋暗挖、嚴格控制地表沉降量修筑的隧道。開挖斷面在宜在40～120平方米的隧道。

3、施工方法

王北凹隧道屬于高速公路隧道，地處廣東省云浮市境內，分離式隧道，雙向四車道。隧道左線樁號LK96+920～LK100+671，總長度3751m，考慮到環保美觀及洞口實際地形，隧道進口采用端墻式洞門，出口采用削竹式洞門。其中出口端386米屬于Ⅴ級圍巖，洞口埋深52m，屬于淺埋地質段，圍巖主要為砂質粘性土、強風化粉砂巖，考慮到施工過程方案的可靠及安全性，經各方論證決定采用雙側壁導坑進行開挖。

3.1、管棚

根據隧道洞口實際地形、地質情況，王北凹隧道左、右線隧道羅定端洞口地段圍巖主要為砂質粘性土、強風化粉砂巖，左、右線洞口段36m范圍內采用長管棚超前支護，保證安全進洞。

該管棚由鋼管和鋼架組成，并輔助錨桿和噴射混凝土，以確保施工質量的穩定可靠。采用Φ108mm無縫鋼管，壁厚6mm，節長12m，導向端做成尖形，有利于安裝，承壓端焊接鋼箍進行加強，管口末端應預留1m左右止漿段，沿孔管壁呈梅花形布置注漿孔，孔徑10mm，間距50cm。根據現場實際施工情況及設計要求，機械設備長度為40m，由于設置管棚段落過長，縱向兩組管棚的搭接長度不得小于3.0m，在現場用縱向連接筋焊接成型。超前大管棚施工結束檢驗合格后，在管棚的超前支護下，先進行上半斷面法開挖，上部開挖后及時進行拱部鋼拱架、錨桿、掛設鋼筋網片、噴射混凝土等初期支護，鋼拱架采用型鋼拱架，錨桿采用φ22鋼筋，噴射混凝土采用20號混凝土，鋼拱架的受力計算需要承受2～4m的松散巖體受力，采用型鋼拱架時，不計算噴射砼的受力。待完全作好拱部支護后，再開挖中下部土體，中下部開挖時左右兩側導洞交錯循環進行，等一側的鋼架和初期支護施工完畢后且穩定后，再進行開挖另一側。

3.2、雙側壁導坑開挖及支護

王北凹隧道的斷面施工中，將大斷面從上下左右幾個小斷面。每一個斷面的施工過程中，都是單獨掘進，相互貫通后，就形成了大斷面隧道。施工工藝流程為：1→2→3→4→5→6，開挖過程遵循新奧法原理，土層能在短時間的達到自穩。為了避免拱頂下沉，在初期支護時，仰拱應與兩側導坑同步施作，及時閉合成環，再將兩側導洞的臨時支撐拆除，隧道的斷面因此形成。

在實際施工中，隧道兩側的導洞，通常分為上下臺階，在進行挖掘作用的過程中，也應該按照實際工作的具體情況，分別進行上下臺階的挖掘作業。對于上臺階挖掘作業而言，采用人工挖掘的方式比較科學，臺階開挖長度控制在2～3米左右。在施工中，可以借助施工工具風鎬，通過移動土方的方式，將土方過渡到下臺階，再利用專業的運輸車輛，將土方運送至指定區域。在結束上下臺階的挖掘作業之前，必須安排專業人員檢查臺階挖掘的長度、寬度以及深度，是否都符合施工相關標準。此外，結束上下臺階的挖掘作業后，還需要考慮初期支護的問題。不斷的實踐經驗表明，初期支護工作的順利進行，需要借助開挖隧道過程中臨時設置的支撐結構，使之可以逐漸呈現封閉的環狀。另外，在整個挖掘施工作用中，初期支護的需要不斷的借助各個部分的拱架，來完成閉合的環狀，促進施工的順利進行。

施工時兩側導洞交錯施工，左側3部的側導洞落后于另右側導洞1部3～5m，中導洞5部開挖初期支護落后最前面側導坑開挖面6～10m。隧道施工工法和工序間隔見下圖1所示。

3.2.1、兩側導坑上部開挖及支護

（1）上部開挖施工。在導坑開挖之前要加固處理巖體，可以采用超前小導管預注漿的技術方式，超前預支護的小導管桿體由Φ42mm熱軋無縫鋼管制作，壁厚4mm，長度為2.5m或3m。通過超前小導管的的加固處理技術，可以起到穩定圍巖的作用。小導管通過注漿后具有較好的錨固力和抗拉力，而且具有較強的抗剪性能，加強了了巖層結構面的摩擦力，使得層理間的滑動破壞程度得以有效控制，施工安全得以保障。由于上部斷面空間較小，在無法直接用機械進行挖掘作業的情況下，只能盡快的組織相關施工人員進行人工開挖作業。在人工開挖后，注意挖掘的深度要達到臺階的深度，一般人工開挖0.5米作為一個循環。同時，要注意邊挖掘邊線測量深度。開挖輪廓線，應根據設計參數要求及現場實際圍巖情況確定超挖預留量，一般預留量為10～15cm。施工人員在挖掘作業中，必須注意超欠挖的問題，嚴格控制挖掘的深度。并且在處理挖掘面輪廓線時，時刻注意預應力可能會產生的問題，注意人工挖掘的標準，使之可以最大限度的符合施工的相關規定，提高施工水平。開挖斷面輪廓線盡可能圓順，以防止應力集中產生土層滑移或坍塌，另一側導坑上部開挖應落后該導坑3～5m左右。

（2）上部斷面初期支護。①初噴：為了使在拱頂暴露的段面盡快地封閉起來，初噴要在開挖后立即進行，噴射混凝土要達到大約5cm的厚度。噴射混凝土作業時人工手持噴射搶，風壓控制在0.45～0.70MPa之間，噴搶嘴距巖面距離在0.6～1.2m左右，為了防止回彈料脫落而導致回彈量增大，噴射料束應與受噴面垂線成5°～15°夾角。根據噴射作業面凹凸及松散程度，分段落、分片、分層進行作業，由下向上，先墻后拱，螺旋移動。②、剛鋼架：鋼架制作必須符合設計規范，滿足施工要求，若有超挖情況應及時調整拱架長度及弧度；型鋼拱架安裝時，拱腳處須以鎖腳導管或錨桿進行焊接固定，使之與鋼拱架形成一個共同的承載體系，同時要保證拱腳落底處于堅固的承載面。型鋼拱架安裝時，拱腳處須以鎖腳錨桿進行固定，同時要保證拱腳落底處于堅固的承載面。鋼拱架安裝應清除兩側拱腳浮渣及其他雜物，確保兩拱腳應放在牢固的基礎上。腳底超挖、拱腳標高不足時，應用噴射混凝土填充；若拱架安裝后到拱腳標高小于20cm時，應用C20混凝土澆筑填充，以保證拱架受力可靠、整體穩定；若標高大于20cm處，以同規格型鋼拱架焊接厚14mm鋼板，通過螺栓連接接長落至堅實底面。同時，在施工鎖腳錨桿或導管時，應將錨桿或導管尾端彎折扣緊工字鋼背面，兩根鎖腳錨桿或導管間距上下錯開50cm左右，并焊接固定，以充分發揮錨桿或導管的錨固作用，提高鋼拱架的自承能力。③掛網：根據設計要求可采用單層或雙層鋪設鋼筋網，網片的規格為網格15×15cm，做成1.5m×0.7m，材料選用Φ8或Φ6鋼筋。初噴時網片應密貼圍巖，復噴時應與鋼架牢固連接，不允許有網片有脫落及外漏。④噴射混凝土：采用開山TK-600型轉子濕噴機噴護噴射混凝土，分次分層噴射，滲水段應先通過打孔埋管方式將水集中引排，噴射砂層段第一層厚度為5cm左右。鋼拱架架立好之后，將循環的超前管棚從鋼架腹部打進去，將管口封好，達到設計的厚度為止，兩層噴射的時間間隔為15～20min，直至達到設計厚度為止。⑤鎖腳錨管：將兩根Φ42錨管打設在拱腳處，將其尾部彎折牢固地焊接在鋼架上。復噴混凝土的時，要注意將管口保護好，以免堵塞管口。待到噴砼結束后壓漿，錨固劑至少填充錨管長度的三分之二。

3.2.2、兩側下部開挖及支護

兩側導坑下部開挖空間較大，可以采用小型挖掘機進行開挖，周邊欠挖部分采用人工開挖，每循環進尺控制在1.0m以內，上臺階超前下臺階3m，并在下臺階開挖前加設橫向臨時支撐。反坡開挖時掌子面若有水且水量較大，應在掌子面靠近拱腳一側或兩側設置集水坑，集水坑周邊必須架設護欄，護欄上掛設警示反光標志。利用機械將集水坑內積水抽水至豎井集水井后排出洞外。永久與臨時初期支護同步進行，并及時封閉環狀，防止沉降過大，保證圍巖始終處于穩定狀態。兩側導洞下部施工工藝流程為：①施作臨時橫向支撐；②一側導洞下部開挖落后另一側導洞下部開挖5米；③兩側下部及仰拱開挖、每一循環進尺1.0米；④初噴開挖斷面、隧底及中導洞側面混凝土厚4～5cm；⑤安設永久及臨時鋼架、掛設鋼筋網、焊接聯接筋；⑥二次復噴混凝土達設計厚度；⑦檢測合格；⑧進入下一循環。

3.2.3、中間上部開挖及支護

待兩側洞初支施工完畢一定時間后經測量觀測沉降量在允許范圍內，方可開挖中間上部土體，落后最近一側導洞開挖初支面3～5米左右。中間上部施工工藝流程為：①施作超前小導管預注漿加固拱部巖層；②開挖土石方；③初噴導洞斷面及兩側混凝土厚4～5cm；④鋼拱架安設、焊縱向聯接筋；⑤掛設鋼筋網；⑥復噴混凝土達設計厚度；⑦檢測合格；⑧進入下一循環。

3.2.4、中間下部開挖及支護

檢查中隔板、中隔壁臨時支撐是否處于穩定狀態，收集各項測量監控數據，項目部會同監理、業主、設計院分析各部開挖支護后的變形收斂情況是否滿足設計及施工規范要求，圍巖狀態收斂基本穩定后，經各方同意方可開挖中間下部土體，下部開挖落后上部臺階斷面30～50米。施工工藝流程為：①圍巖收斂數據收集判定合格；②中間下部土體開挖；③安裝中間仰拱鋼拱架和鋼筋網；④噴混凝土封閉底部仰拱；⑤檢測合格；⑥拆除中隔板、中隔壁臨時支撐；⑦進入下一循環。

4、監控量測

4.1、監控量測的目的

由于王北凹隧道跨徑大，出口端覆蓋層較薄，且存在偏壓，因此監控量測是必不可少的一項工作。為了確保施工安全，要及時掌握監控量測信息，包括圍巖力學動態的反饋信息以及穩定程度，支護以及襯砌的信息，對預測可能出現的施工安全隱患都具有可靠的參考價值，對確保圍巖穩定，提高施工安全度具有重要的作用；按照“新奧法”原理，量測圍巖，可以對初期支護和二次襯砌的的施作時間以合理確定；通過量測圍巖和支護結構的變形、應力，對支護構件的作用與效果有所了解，可以對支護參數以及時修改，對施工方案予以優化；采用這種方式積累了第一手資料，就可以在施工的過程中，以此為依據對圍巖級別予以調整，根據施工要求修改支護系統設計，為完善設計提供參考依據。它是確保施工及運營過程安全、指導施工作業程序、利于施工管理的重要手段。利用新奧法原理設計、施工的隧道，監控量測是施工過程中必不可少的一項工作。

4.2、監控量測項目指標

（1）挖掘后洞內外情況觀察；

（2）水平相對凈空變化值的量測目標的實現情況；

（3）拱頂下沉量測指標是否符合施工標準；

（4）地表下沉量測的具體指標（淺埋隧道必測）；

5、安全措施

5.1將超前地質預報工作做好，同時還要編制好施工組織設計方案，確保安全可行。做好突發事故的應急預案。

5.2 監控量測工作全面而及時，以達到良好的效果，對支護參數要及時調整，施工方案也要符合現場施工情況，控制好施工的進度。

5.3、在臨時支撐被拆除的時候，應重點考慮側壁拆除的時間標準、拆除后時候能夠達到施工標準。另外，在側壁拆除的工作過程中，還應遵循側壁拆除的專業技術標準，同時，按照施工規定，將側壁周邊的施工現場進行清理，以期可以更加合理的確定拱頂的下沉量以及凈空收斂值等施工指標。在拆除中隔板、中隔壁臨時支撐過程中以及側壁拆除之后，嚴格拱頂下沉增量，不可超過6mm。

5.4、雙側壁導坑法開挖雖然沉降量小，但水平收斂指標表現異常時，就應考慮在兩側的導坑中間合理增加水平支撐度或者通過調整初期支護的工作，來達到支護拆除工作的維穩目標。

6、結語

根據王北凹隧道雙側壁導坑法施工的經驗，對雙側壁導坑法施工特點作以總結。在施工過程中，通過利用雙側壁導坑法進行施工，并注意重點解決分斷面依次開挖的相關問題，確保大斷面隧道可以分成幾部分循環安全作業。在實際施工中，必須遵循“短進尺，弱爆破，多循環，初期支護緊跟掌子面” 的原則進行施工，從而有效的保證了隧道結構安全。雙側壁導坑法施工安全，循環作業效率高，超欠挖現象明顯減少，地表沉降小，但進度緩慢，成本較高，影響整個隧道施工組織進度。

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