側壁導坑法在特大斷面隧道開挖中的應用

項　斌

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310005）

側壁導坑法在特大斷面隧道開挖中的應用

項斌*

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310005）

針對特大斷面隧道開挖難題，并結合中海石油大榭石化管廊隧道現場施工，介紹隧道進口淺埋和Ⅴ級圍巖段遇到的施工難點和施工技術方案，闡述了側壁導坑法在對特大斷面隧道開挖中的施工方法和施工程序，并對拱頂下沉量、周邊收斂和地表下沉進行監測，結果表明：各監測值均滿足規范要求，側壁導坑法為隧道的后期支護提供了良好的條件，對類似工程具有一定指導意義和參照價值。

隧道；特大斷面；淺埋；側壁導坑法

隨著我國經濟建設的快速發展及土地資源的相對稀缺，在能源石化等工業建設領域開始利用地下空間，其不同于交通市政工程，具有斷面大的特點，因其受力扁平，隧道開挖后會產生較高程度的應力集中，圍巖自承能力較差［1-2］。因此，需要有科學的開挖方案，施工中通常采取分布小斷面開挖、支護及時成環的方式來保障隧道開挖掘進的安全［3］。側壁導坑法是目前特大斷面隧道施工中常采用的方法，又稱雙側壁導洞法或眼鏡工法［4］。屬于新奧法的一個分支，以新奧法基本原理為依據［5］，利用2個中隔壁把整個隧道大截面橫向分成3個小截面施工，兩側導洞先行，中間截面緊跟其后（見圖1）；前期支護成環形后，即可拆除兩側中隔壁，形成全斷面。

圖1　雙側壁導坑工法工序示意圖

中海油大榭石化管廊隧道設計鋪設各類管道70余根，隧道跨度大，地質條件復雜，其成功的修建對以后特大斷面隧道施工有一定借鑒作用。針對淺埋與V級圍巖段，設計采用雙側壁導坑法，并進行相應優化來確保安全、快速地完成隧道開挖，充分利用圍巖的自穩能力，最大程度的保證施工安全。

1　工程概況

1.1周邊環境概況

中海石油大榭石化管廊隧道位于寧波大榭島，是大榭石化三期項目（總投資約150億元）的控制性工程。隧道全長1359m，典型開挖斷面228m2，寬19.4m，高14.3m，建成后凈高10.5m，凈寬17.1m。隧道進口位于太平村，緊靠民房，出口緊臨交通干道環島路，距道路約30m。整個工程施工環境復雜，施工過程的安全、環保、文明施工要求高，要符合中海石油公司內部HSE認證體系的有關要求。

1.2工程地質和水文地質條件

隧道位于大榭太平村與關外村之間低山區，巖體單薄，屬低山丘陵地貌。隧道最小埋深約6m，Ⅳ、Ⅴ級圍巖占47%，通過5條斷層。不良地質有斷層破碎帶、巖石風化節理密集帶等，其中出口淺埋段為殘坡積碎石土，地下水豐富，主要為裂隙性潛水。

2　技術重點和難點

（1）出口殘坡積碎石土段淺埋暗挖（埋深6～15m），給施工帶來很大影響。

（2）大跨度淺埋且Ⅴ級圍巖自穩能力差，開挖過程中需要有效控制變形防止坍塌事故的發生。

（3）由于地下水資源較為豐富，使土體處于塑性狀態，開挖斷面土體的穩定性變得極差，因此土體的沉降收斂值變得過大。

3　施工處理措施

3.1處理原則

（1）根據中海石油大榭石化管廊隧道進口段的圍巖特點及施工過程中出現問題及難點，在進行現場勘查、超前地質預報、設計文件及監控量測等資料的分析研究后，確定該隧道圍巖加固處理原則為：提高圍巖自我穩定的能力，加強支護結構，保證隧道底部地基承載能力滿足設計要求，確保施工過程和運營安全。

（2）遵循“管超前、少擾動、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則，做到快速開挖、快速支護、初支仰拱及時封閉成環，仰拱襯砌緊跟。

3.2處理方案

參考國內外成功施工過大跨度隧道的經驗，將隧道所途徑的特殊地段視為重點進行考慮，并通過對各個地質條件的分析，確定本工程施工方案為淺埋段與V級圍巖段采用雙側壁導坑法，其輔助措施如下：

（1）超前支護方式。根據開挖段現場施工實際情況，采用?108mm長管棚、雙層?42mm小導管注漿等方式進行超前支護。

（2）減震控制爆破。由于施工區施工環境復雜，周邊攢在抗震性能差的建（構）筑物，進行淺埋隧道爆破開挖施工，需要采用減震控制爆破技術，以避免地表建筑物免受爆破震動的危害。

4　雙側壁導坑法施工

隧道進口K0+000～K0+030、K0+030～K0+120段為V級圍巖，巖石風化程度高，巖體破碎；出口K1+ 328～K1+359段為淺埋段，最小埋深僅為6m；K1+ 290～K1+328段為強風化層。針對上述地段隧道成形困難、穩定性差的特點，經反復論證決定采用雙側壁導坑法開挖施工，并根據現場實際采取不同的施工輔助措施。其中K0+000～K0+030、K1+328～K1+359淺埋洞段采取?108mm長管棚注漿法，其余地段采取雙層?42mm小導管注漿法。

4.1施工方法

由于該隧道開挖斷面大，工作面易失穩定，將原工序調整為左右側壁開挖均采取7部開挖支護的形式，即將圖1中①部分成2小部，將②、③部分成3部分，雙側壁導洞橫斷面施工工序示意圖如圖2所示。左右兩側導洞開挖進度間隔20m，拱頂開挖與側壁開挖間隔20m，中間核心土部分滯后上部兩側側壁仰拱混凝土封閉10m開挖，最后開挖中下部仰供，采用每拆除4榀臨時拱架（2m）并及時封閉中間仰供混凝土完成一次循環過程的形式。雙側壁導坑開挖工序縱斷面示意圖和平面示意圖見圖3。

圖2　Ⅴ級圍及淺埋段巖開挖工序橫斷面示意圖

圖3?、跫墖皽\埋段巖開挖工序縱斷面示意圖和平面示意圖

4.2作業程序

（1）①采用?108mm長管棚、雙層?42mm小導管注漿等方式進行超前支護。②開挖①部側壁上導坑，每拆除4榀臨時拱架及時噴射8cm厚混凝土封閉掌子面③在①部側壁周邊進行初期支護即掛網噴射4cm厚的混凝土，安裝Ⅰ22鋼拱架④復噴混凝土至設計厚度，并加設徑向錨桿。

（2）①滯后①部10m開挖②部側壁上導坑，每拆除4榀臨時拱架及時噴射8cm厚混凝土封閉掌子面②在②部側壁周邊進行初期支護即掛網噴射4cm厚的混凝土，安裝Ⅰ22鋼拱架③復噴混凝土至設計厚度，并加設徑向錨桿。

（3）①滯后②部10m即左右側壁錯開20m開挖③部側壁上導坑，每拆除4榀臨時拱架及時噴射8cm厚混凝土封閉掌子面②在③部側壁周邊進行初期支護即掛網噴射4cm厚的混凝土，安裝Ⅰ22鋼拱架③復噴混凝土至設計厚度，并加設徑向錨桿。

（4）滯后③部10m開挖④部側壁上導坑，每拆除4榀臨時拱架及時噴射8cm厚混凝土封閉掌子面，施加初期支護，步驟及工序同（2）。

（5）拱部開挖支護在左右側壁完成后進行，滯后④部10m開挖⑤拱部，預留核心土環形開挖后噴射初期支護，架設拱部Ⅰ22鋼拱架，復噴混凝土至設計厚度，并加設徑向錨桿。

（6）⑥部核心土在⑤拱部開挖支護完成后滯后10m開挖，噴射8cm厚的混凝土封閉掌子面。

（7）⑦部滯后⑥部10m開挖，噴射8cm厚混凝土封閉掌子面，并及時施作仰拱。

（8）按照（1）～（7）的施工步驟循環施工，每循環一次，做好初期支護，再繼續開挖。

（9）根據現場情況或變形收斂后，一次性灌注拱墻二次襯砌。

5　監控量測

5.1監測內容

在施工中監控量測是保證正常施工的重要一環，對保障隧道安全施工建設和運營有著重要的意義。監測數據可為評估施工方法可操作性、設計參數的合理性以及了解圍巖及支護結構的變形和受力特性提供了準確的參考依據，為隧道二次襯砌的施工時間提供了決定性的意義［6］。

根據中海石油大榭石化管廊隧道的地形地質條件、支護類型和施工方法等特點，為了在設計、施工中確保圍巖的穩定，這里主要介紹必測項目中拱頂下沉量量測、周邊收斂量側和地表下沉量測。

5.2監測結果及分析

根據中海石油大榭石化管廊隧道沿線地形地質條件，對巖體破碎，巖石分化分度高的隧道出口淺埋段K1+310～K1+359段進行重點監測，量測項目為：拱頂下沉量量測、周邊收斂量側和地表下沉量測，其中選取K1+310、K1+323、K1+335、K1+343和K1+353這5個監測斷面進行拱頂下沉量和周邊收斂量側，并布置1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3這6個監測點對隧道出口段地表沉降量進行監測，周量測結果見表1、表2。

表1　拱頂沉降、周邊收斂監測統計表

表2　隧道出口地表下沉監測統計表

根據該隧道設計要求［7］和《公路隧道施工技術規范》［8］中安全允許標準，表1和表2中各項監測的變形量和變形速率均較小，符合設計要求和規范中所規定安全允許變形范圍。因此，可以認為雙側壁導坑法在中海石油大榭石化管廊隧道實際施工應用中加強了圍巖的自我承受能力，增加了圍巖的自我穩定時間，提供了充分的施作空間來進行后續的支護，保證了整個隧道開挖過程的施工安全。

6　結束語

（1）雙側壁導坑法開挖支護中，先把左右側壁的仰拱封閉施工完成后，再對中間拱部進行施工，并及時對仰供進行封閉，對拱頂沉降和周邊收斂以及隧道進口處地表沉降控制效果較好，對支護的穩固起很大作用。

（2）淺埋地段大跨度隧道開挖支護，采用長管棚注漿法經實踐證明是比較成功的，對工程施工安全非常有利。

（3）對淺埋及復雜地層的大跨度隧道開挖風險依然較大，一定要以信息化指導施工，各項監控量測手段及超前地質預報工作及時跟上，及時的量測和反饋對后續支護措施的布置和施作提供重要信息和依據，從而保證隧道開挖過程的施工安全

（4）臨時支撐的拆除存在支護失穩的風險，因此在臨時支撐拆除前后應加大各項監控量測的頻率，監測數據異常時采取相關措施。

（5）要做好控制爆破施工，防止爆破時對相鄰支護拱架產生破壞。

［1］高峰，譚緒凱.雙側壁導坑法施工的大斷面隧道的穩定性分析［J］.重慶交通大學學報：自然科學版，2010，29（3）：363-366.

［2］肖營，胡倫煒.大跨徑隧道雙上側壁導坑法施工技術［J］.施工技術，2011，40（338）：61-63.

［3］郭杰.改進的雙側壁導坑法施工安全性分析［J］.隧道建設，2014，34（6）：525-533.

［4］朱光，李慶麗.雙側壁導坑法開挖步序優化設計分析［J］.建筑，2013（14）：58-59.

［5］認色列卡邁爾（Carmel）道大跨度雙側壁導坑法施工技術［J］.鐵道建筑技術，2010（1）：103-107.

［6］王東杰.公路隧道施工［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［7］JTG D70—2004公路隧道設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［8］JTG F60—2009公路隧道施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2009.

U455.41

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1004-5716（2016）08-0209-04

2016-04-11

項斌（1971-），男（漢族），浙江龍游人，工程師，現從事隧道與邊坡方面的施工工作。