復雜地質條件下大跨徑地鐵隧道雙側壁導坑法施工技術

賈貴寶

（中鐵一局集團 第二工程有限公司，河北 唐山 063004）

0 前言

在城市隧道建設中修建淺埋大跨度區(qū)間隧道，洞室自穩(wěn)性差、周邊結構物、管線復雜，為確保淺埋大跨度隧道的施工安全及周邊結構物與管線安全，施工過程中必須采用最佳的施工技術及方法，減少圍巖擾動，最大限度地保持圍巖應力，使隧道支護滿足結構設計要求[1-2]。大連市位于半島的城市，其地質條件主要體現(xiàn)為土松石碎、地下水豐富、巖層交錯的典型復雜地質。地鐵一二九街站～長春路站區(qū)間隧道渡線段圍巖穩(wěn)定性差、支護結構跨度大埋深淺，施工難度大，在施工中通過研究與創(chuàng)新，順利完成該段主體施工，為類似工程積累了經驗。

1 工程概況

本區(qū)間設計起訖里程為DK8+299.135～DK9+220.768，區(qū)間里程DK9+136.447處線路右側設施工豎井，區(qū)間DK8+885.500處設聯(lián)絡通道，為線路最低點位置，與泵房結合設計，DK8+535.000處左右線均設人防段。本區(qū)間隧道采用暗挖法施工，為單洞單線或單洞雙線馬蹄形斷面，復合式襯砌。線路縱斷呈“V”字型坡，區(qū)間最大覆土厚度23m,最小覆土厚度10m。

本區(qū)間在里程DK9+124.168～DK9+203.856段設計為區(qū)間渡線段，渡線段隧道開挖斷面寬度20.4米，高度14.2米，拱部埋深10.4～12.2米，設計采用雙側壁導坑法進行施工。

1.1 工程地質

本區(qū)間整體上看東高西低，屬于剝蝕低丘陵。該場區(qū)位于復州-大連凹陷南部，四級構造單元在地層區(qū)劃上屬于旅大小區(qū)，除有太古界基底出露外，蓋層以上為上元古界及古生界地層為主。中、新生界不發(fā)育。

沿線NW斷裂多為張性斷裂；EW向斷裂十分發(fā)育，為逆沖斷裂，全部南傾，伴有燕山期輝綠巖脈侵入。斷層活動性調查結果表明，兩組斷裂沒有發(fā)現(xiàn)晚更新世以來的活動跡象，均屬早中更新世活動斷裂或前第四紀活動斷裂。

1.2 水文地質

大連市的氣候屬溫帶季風氣候，并具有海洋影響的特點。冬季氣溫較低，降水少。夏季氣溫較高，降雨集中，較多。氣候和降雨量隨冬、夏季風的轉換而變化。每年5-9月為雨季。

本場地地下水按賦存條件主要為空隙水及基巖裂隙水。空隙水主要賦存在素填土層及卵石層中，基巖裂隙水主要賦存于強風化及中風化板巖中。穩(wěn)定地下水位埋深5.9～9.40m，水位高程2.63～9.71m，年水位變幅約1～3米。地下水的排泄途徑主要是蒸發(fā)和地下徑流，主要補給來源為大氣降水和周邊低丘陵地貌徑流補給。

1.3 周邊環(huán)境

本區(qū)間主要沿中山路敷設，地下管線密集，區(qū)間兩側建筑物林立，主要為企事業(yè)單位、商鋪、住宅和學校等。區(qū)間線路側穿或下穿大連市公安局、大連市檢察院、大連市法院、大連市市政府、大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院、大連市百盛購物中心大樓、大連市人民廣場以及人民廣場下防空洞等。本區(qū)間地面為中山路，車流較大，地下管線密集，道路兩邊有重大型車輛通過，交通繁忙，車體重大，車速較快，隧道受到的沖擊力較大。

2 雙側壁導坑工藝原理及特點

雙側壁導坑法工藝即在主體隧道兩側施作先行側壁導坑，先行側壁導坑提前進洞,進行支護和加固處理，使側壁導坑之間的未被開挖掉的土體成為兩道側壁間的橫撐，從而成一個穩(wěn)定可靠的“地下基坑”的圍護結構，承受因開挖主體隧道而產生的土體的側向壓力，并限制圍巖土體的豎向變形(沉降)[3]，同時，對富水地層進行洞內水平降水。在導洞臨時側壁支護下，區(qū)間隧道施工以新奧法為依托,采取加密超前管棚、加強超前注漿、初支背后注漿加固支護方法，控制地表下沉，通過全過程的施工監(jiān)控量測，監(jiān)視土體及結構的穩(wěn)定，隨時調整支護參數(shù)，使主體結構能安全順利地建成。

雙側壁導坑法運用“新奧法”基本原理，采用錨噴支護，充分利用圍巖的自承能力，對原狀土體擾動小，并且能夠將數(shù)據(jù)處理和信息反饋技術應用于施工，能確保施工安全、快速。利用雙側壁導坑法對隧道進行施工，能很好的解決圍巖極易坍塌變形段大斷面隧道開挖的安全性問題，且其自身結構簡單，安全可靠，拆裝方便、靈活。能有效地保護圍巖原狀土體結構，使工程的施工對原狀土體的影響非常之小。

3 施工方法

3.1 施工技術難點

雙側壁法施工應遵循“超前支護、短進尺、強支護、早封閉成環(huán)、勤量測、襯砌緊跟、用量測指導施工”的原則進行施工[4]。

3.1 雙側壁導坑分部開挖尺寸的確定

雙側壁導坑法，一般是將整個斷面分為8個或12個小的導坑斷面，單個導坑高度在2.5～4.5 m之間[5]，導致空間較狹小，一般不適于施工機械作業(yè)，只能采用人工開挖，掘進效率低。

考慮現(xiàn)場實際地質條件，先采用超前支護對導坑掌子面土體進行噴混凝土封閉加固，施工中單個導坑高度采用4.5～5.5 m，寬度約4.5～5.5 m，增加了開挖速度，在可自穩(wěn)條件下減少了圍巖暴露時間和對圍巖的擾動。實際分部數(shù)為9個，見圖1所示。

3.2 雙側壁導坑法施工順序

施工順序如圖1所示。圖中：1、4部側壁導坑斷面開挖及相應的初期支護；2、5部側壁導坑斷面開挖及支護；3、6部側壁導坑斷面開挖及相應的初期支護，回填部分土體以利行車及反壓；7、8、9順序開挖及相應的初期支護；分段整體仰拱灌筑分段長度4～6m。

圖1 雙側壁導坑法施工工序

圖2 雙側壁法施工工藝流程圖

3.3 施工工藝流程簡述

雙側壁導坑法施工工藝在特殊地質條件下具有特殊性，通過對本項目施工工藝流程進行簡述，為相似工程提供參考（施工工藝流程圖見圖 2）。

1)側壁導坑施工

一側導坑先施工，另一側導坑滯后15～20m施工。

2)導坑上半斷面施工

開挖之前，在1號導坑測量畫出開挖輪廓線，沿開挖輪廓線打設超前小導管（Φ42@300，t=3.25mm，L=3m，兩榀一打）并注漿；臺階法開挖1號導洞，每次開挖進尺0.5m，采用人工開挖，裝載機運土至洞外裝車；周邊初噴混凝土進行初期支護及中隔板，厚度5 cm；架立工字鋼架，掛外側鋼筋網(wǎng)，焊外側縱向連接鋼筋，工字鋼架間距0.6 m，在底部橫向設H17.5型鋼臨時支撐并縱向連接鋼筋；在周邊鉆錨桿孔，安裝系統(tǒng)徑向錨桿并注漿，安裝鎖腳錨桿（Φ42，t=3.25mm，L=3m，每榀工字鋼2根）并注漿；周邊臨時支撐間噴纖維混凝土至一定厚度，臨時支撐間一次噴滿；周邊掛外側鋼筋網(wǎng)，焊外側縱向連接鋼筋；周邊復噴纖維混凝土至設計厚度。

3)中導洞斷面開挖施工

待1號導坑開挖15m后，臺階法開挖2號導洞；周邊初噴混凝土，厚度5 cm；架立格柵鋼架，掛鋼筋網(wǎng)，焊縱向連接鋼筋，格柵鋼架間距0.6 m；在周邊鉆錨桿孔，安裝系統(tǒng)徑向砂漿錨桿及鎖腳錨桿并注漿；周邊復噴鋼纖維混凝土至設計厚度。

4)導坑下半斷面施工

待2號導洞開挖15m后，臺階法開挖3號導洞；如上完成側墻及仰拱初期支護；在側墻鉆錨桿孔，安裝系統(tǒng)徑向砂漿錨桿并注漿；待3號導洞開挖完成后，施做該導洞仰拱防水墊層及防水保護層；按照設計圖紙施做左側仰拱二襯鋼筋及二襯混凝土，完成左側仰拱二襯結構施工。

5)側墻二襯結構施工

待底部仰拱二襯結構施工完成后中部支撐斷面施工之前，施做仰拱回填部分；仰拱回填施做完成并達到強度后，分段拆除臨時中隔板，采用整體液壓臺車施做側墻二襯結構；側墻二襯結構拆模后，及時采用工25b工字鋼進行側向V字型支撐，確保施工安全，左右兩側交錯施工。

6)中部支撐斷面施工

左右兩側側墻二襯結構完成后，在7號導洞（中部上導洞）拱部打設超前導管，注漿加固地層；臺階開挖7號導洞，及時施做初期支護，并在中部做豎向臨時鋼支撐；7號導洞（中部上導洞）開挖8～10m后，分段拆除左右兩側導洞內壁上部的臨時中隔壁和拱部的豎向臨時鋼支撐，及時鋪設拱部防水層并施做拱部二襯結構，每循環(huán)長度不大于6m；分段拆除中隔壁和臨時橫撐，由上向下逐步開挖8號導洞（中部中導洞）及9號導洞（中部下導洞）；分段開挖底部仰拱，并及時封閉初期支護，仰拱每次開挖長度不超過2～3榀鋼架間距；仰拱開挖長度達到6m時，分段拆除相應中隔壁施做仰拱防水墊層及保護層，并施做仰拱二襯結構；最后施做9號導洞（中部下導洞）仰拱回填，完成區(qū)間渡線段開挖及二襯結構施工。

4 結論

大連地鐵隧道，從2009年12月1日開始施工，2013年12月主體竣工，工程的成功實施，積累了在復雜地質條件下大跨徑地鐵隧道施工技術的寶貴經驗。主要結論如下：

（1）通過施加超前小導管可增加摩擦力，改變圍巖的自身支撐強度。

（2）對各導坑采用臺階法施工時，可有效的減少工序循環(huán)時間和施工干擾，加大施工進度。

（3）復雜地質條件下大跨徑地鐵隧道采用雙側壁導坑法雖然施工工序繁瑣，但通過對施工工藝進行調整，合理安排人員和機械，控制好施工工序和施工要點，仍可以在確保安全施工的前提下有效提高施工進度。

［1］高海宏.復雜條件下大跨公路隧道施工中的關鍵技術 [J].隧道建設,2008,28(1):51-55.

［2］施仲衡.淺埋暗挖法設計理論論述[J].現(xiàn)代隧道技術,2005,42(2):37-39.

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［4］藍洋.羊角大斷面隧道雙側壁導坑施工[J].隧道建設,2009,2.

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［6］汪立新.大跨度隧道單-雙側壁導坑法施工力學分析[J].西部探礦工程,2008(10):170-173.

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