大斷面黃土隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法仰拱及二次襯砌的空間效應(yīng)分析

【摘 要】本文以蘭新二線某黃土大斷面隧道為研究依據(jù)分析仰拱及二次襯砌的空間效應(yīng)。首先簡(jiǎn)要概述了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工法操作原理、適用范圍、施工工序、優(yōu)缺點(diǎn)。后根據(jù)監(jiān)控量測(cè)資料的分析，得到仰拱及二次襯砌的有效支撐范圍，拱頂沉降速率隨仰拱及二襯距離的變化規(guī)律，大斷面黃土隧道水平收斂的變形特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】大斷面黃土；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；仰拱；二次襯砌；空間效應(yīng)

1.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的工法操作原理

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是首先在隧道的分臺(tái)階開(kāi)挖左右導(dǎo)坑，并隨時(shí)施作初期支護(hù)，使左右導(dǎo)坑初期支護(hù)閉合成環(huán)，具有一定承載力后再分臺(tái)階開(kāi)挖中洞，施作仰拱和二次襯砌。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法最大的特點(diǎn)就是大斷面的隧道用臨時(shí)的中隔壁將大斷面的隧道分割成三個(gè)斷面較小的洞室，左右導(dǎo)坑和中洞，保證開(kāi)挖時(shí)圍巖的穩(wěn)定性和減小地表及拱頂?shù)某两怠?/p>

2.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工工序

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法跟全斷面法、臺(tái)階法、CD工法、CRD工法一樣，根據(jù)圍巖的工程地質(zhì)條件在開(kāi)挖之前施作超前預(yù)支護(hù)，如超前大管棚、注漿小導(dǎo)管，以加固圍巖，在拱部位置形成梁式結(jié)構(gòu)，防止開(kāi)挖過(guò)程中圍巖掉塊、坍塌。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖分八步，順序?yàn)橐粋?cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階、一側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階、另一側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階、另一側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階、中洞上臺(tái)階、中洞下臺(tái)階。在每一步開(kāi)挖后盡快施作初期支護(hù)，減少圍巖的暴露時(shí)間，使導(dǎo)洞初支盡早成環(huán)。初期支護(hù)包括噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、型鋼鋼架等。在初支完成后盡快布設(shè)監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)，按設(shè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，以掌握周邊收斂和拱頂下沉的變化趨勢(shì)，作為確定下部的開(kāi)挖及支護(hù)參數(shù)的依據(jù)。

隧道仰拱初期支護(hù)施工長(zhǎng)度到4.0～6.0m，施工仰拱二襯和仰拱填充。仰拱及其填充施工后拆除臨時(shí)支護(hù)，掌子面超前臨時(shí)支護(hù)35～40m。拆除臨時(shí)支護(hù)的長(zhǎng)度一次不得超過(guò)18m，做到二次襯砌緊跟臨時(shí)支護(hù)[1]。

3.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的適用范圍

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適合使用在對(duì)地表下沉有嚴(yán)格要求的淺埋砂質(zhì)Ⅴ級(jí)及Ⅵ級(jí)新黃土或難以自穩(wěn)的飽和黃土圍巖的隧道中，尤其適用于下穿淺埋公路、鐵路和構(gòu)筑物的大斷面黃土隧道。

4.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的缺點(diǎn)

雖然雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在控制地表下沉的大斷面隧道的施工中有顯著的效果，但是施工工序和臨時(shí)支護(hù)多，分部施工空間較小，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法使用，且各工序之間的干擾大，架設(shè)和拆除臨時(shí)支護(hù)（中隔壁和橫撐）需要耗掉很長(zhǎng)的時(shí)間和大量的材料。施工進(jìn)度緩慢，月進(jìn)尺25～30m（CRD法月進(jìn)尺30～45m、弧形導(dǎo)坑法可70m以上），成本比較高[2]。

下面對(duì)蘭新第二雙線某隧道的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括仰拱施作對(duì)于洞內(nèi)拱頂沉降控制作用，二次襯砌的施作對(duì)于洞內(nèi)拱頂沉降控制作用，大斷面黃土隧道洞內(nèi)水平收斂變形規(guī)律。

5.工程簡(jiǎn)介

該工程為蘭新第二雙線新建雙線隧道，該隧道全長(zhǎng)5.743km，本文所研究區(qū)段為砂質(zhì)黃土，Ⅵ圍巖，斷面面積159.97㎡，開(kāi)挖高度12.88m，開(kāi)挖寬度15.20m。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法超前支護(hù)為Φ89大管棚，環(huán)向間距0.4m，縱向間距7m；初期支護(hù)拱墻及仰拱噴射C25混凝土厚度35cm；邊墻上安裝R32N自進(jìn)式錨桿長(zhǎng)度4.0m，間距（1.0*1.0m）；網(wǎng)格間距20*20cm；Φ8鋼筋網(wǎng)，全環(huán)I25a鋼架，間距0.5m；拱墻二次襯砌使用C40混凝土，厚度60cm，仰拱二次襯砌70cm。

6.監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析

6.1仰拱對(duì)抑制拱頂沉降效果分析

該隧道進(jìn)口處是下穿高速公路地段，本文為研究雙側(cè)壁導(dǎo)坑法淺埋段地表沉降、拱頂下沉、水平收斂與施工工序關(guān)系，切觀測(cè)點(diǎn)在高速公路30m以外，忽略高速公路及其運(yùn)行車(chē)輛的影響。此測(cè)點(diǎn)拱頂下沉平均速率隨仰拱的推進(jìn)的變化規(guī)律如下：

當(dāng)測(cè)點(diǎn)距離仰拱8m時(shí)，拱頂沉降平均速率比較大，為12.09mm/d，因?yàn)樵撍淼罏棰鲕浫鯂鷰r，緊靠圍巖和初支的承載力無(wú)法使拱頂沉降收斂。施作一環(huán)仰拱后，該測(cè)點(diǎn)距離仰拱4m時(shí)，拱頂沉降變形速率得到了有效的控制，僅為距仰拱8m時(shí)的18.6%。再施作一環(huán)仰拱，此時(shí)仰拱超前該測(cè)點(diǎn)1m，拱頂沉降速率為1.71mm/d，為距離仰拱4m時(shí)的76.0%，僅為距仰拱8m時(shí)的14.2%。由以上分析可知，及時(shí)跟進(jìn)仰拱可以有效控制拱頂下沉，仰拱對(duì)距其4m范圍內(nèi)點(diǎn)的拱頂沉降變形抑制作用效果顯著，并且距離4m的沉降速率與超前1m相比變化不大，從4m到8m遠(yuǎn)離仰拱，抑制變形的作用逐漸消失，而已經(jīng)澆筑仰拱的部位，拱頂仍有較小速率的下沉，此處需要及時(shí)施作二次襯砌抵抗這部分變形。

6.2二次襯砌對(duì)抑制拱頂沉降效果分析

本分析測(cè)點(diǎn)同上測(cè)點(diǎn)，在高速公路30m以外，忽略高速公路及其運(yùn)行車(chē)輛的影響。

該測(cè)點(diǎn)拱頂沉降平均速率隨二次襯砌的向前推進(jìn)的變化規(guī)律如下：

測(cè)點(diǎn)距離二次襯砌22.2m時(shí)，拱頂平均沉降速率為6.5mm/d，速率較大，施作一板（5.8m）二次襯砌后，平均沉降速率減小到3.00mm/d，為距離二次22.2m時(shí)的46.2%，再施作一板（5.5m）二次襯砌后，平均沉降速率減小到距離二襯16.4m時(shí)的16.67%，距離二襯22.2m時(shí)的0.08%，變形已趨于穩(wěn)定。由以上分析可知，洞室斷面向掌子面方向離二次襯砌的距離越遠(yuǎn)，拱頂沉降的平均速率就越大。二次襯砌對(duì)10.9m范圍內(nèi)的圍巖及初支有較好的支撐作用，從10.9m到22.2m空間效應(yīng)逐漸消失，所以在二次襯砌與掌子面距離在10.9m至22.2m之間，跟進(jìn)二次襯砌對(duì)控制軟弱圍巖拱頂沉降有重要意義。

6.3黃土隧道洞室收斂變形規(guī)律

根據(jù)對(duì)黃土隧道水平收斂監(jiān)控量測(cè)資料的分析發(fā)現(xiàn)，水平收斂速率和收斂值較拱頂下沉和地表沉降都較小，水平收斂值均在2.2～5.9cm，收斂值在4cm以下的居多，水平收斂速率一般在開(kāi)挖后5～7d內(nèi)稍高，為2～4mm/d，之后變形速率逐漸減小，基本穩(wěn)定在1mm/d左右，切1mm/d以下的居多。還有存在一定數(shù)量的水平收斂監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)至始至終水平收斂速率沒(méi)有超過(guò)1mm/d。水平收斂速率與距掌子面的距離、距仰拱的距離、二次襯砌的距離關(guān)系不大，在距仰拱和二次襯砌較遠(yuǎn)距離時(shí)收斂值就已穩(wěn)定。

7.結(jié)論

（1）黃土隧道中仰拱對(duì)距其4m范圍內(nèi)洞室的拱頂沉降變形抑制作用效果顯著，從4m到8m遠(yuǎn)離仰拱，仰拱的空間效應(yīng)逐漸消失。因此4m以外的洞室拱頂沉降變形較大時(shí)，及時(shí)跟進(jìn)仰拱，縮短與仰拱的距離，使仰拱空間效應(yīng)得到有效的發(fā)揮。

（2）黃土隧道中二次襯砌在10.9m范圍內(nèi)的空間效應(yīng)較顯著，從10.9m到22.2m空間效應(yīng)逐漸消失，在此范圍內(nèi)及時(shí)跟進(jìn)二次襯砌，可有效的控制沉降變形。

（3）與其他圍巖不同，黃土隧道水平收斂值及收斂速率較拱頂沉降及地表沉降都較小，且水平收斂速率與距掌子面的距離、距仰拱的距離、距二次襯砌的距離關(guān)系不大。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]王曉州等.大斷面黃土隧道建設(shè)技術(shù)—北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.4.

[2]曹鋒，劉鳳奎.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在黃土淺埋大斷面隧道中的應(yīng)用.電子測(cè)試，2013（09）.

[3]王華川.超大斷面黃土隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工過(guò)程受力分析，碩士學(xué)位論文，2009.

[4]王學(xué)斌.超淺埋大斷面隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工參數(shù)優(yōu)化研究[J].市政與交通建設(shè)，2012（06）.

[5]王志，杜守繼，張文波，李迎九，吳雪萍.淺埋鐵路隧道下穿高速公路施工沉降分析[J]，地下空間與工程學(xué)報(bào)，2009（06）.

[6]郭銳陽(yáng).雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在淺埋偏壓及軟弱圍巖隧道中的應(yīng)用[J].應(yīng)用科學(xué)，2010（02）.

[7]張臻榮，沈文釗.鄭西客運(yùn)專(zhuān)線秦東隧道淺埋偏壓地段雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工技術(shù)[J].隧道/地下工程，2009（04）.

[8]吳夢(mèng)軍，陳彰貴，許錫賓，趙明階.公路隧道圍巖穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀與展望.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，Vol.22.2003.