大斷面黃土隧道側(cè)壁導坑法施工要點

李 偉

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

大斷面黃土隧道側(cè)壁導坑法施工要點

李 偉

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

在某黃土隧道施工中，采用的側(cè)壁導坑法施工，能最大限度的利用土體結(jié)構(gòu)強度，施工進度快，洞內(nèi)拱頂沉降和路面下沉均控制在設(shè)計范圍內(nèi)，確保隧道施工質(zhì)量和安全，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。

隧道，支護，開挖，注漿

在黃土隧道施工中，黃土強度低，土質(zhì)較松散，開挖擾動后變形大等特點，應根據(jù)不同性狀黃土的力學特性及穩(wěn)定性狀況，合理確定施工工法，保證隧道初期支護的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與施工安全。

在黃土隧道施工中，選擇合理的支護類型有利于最大限度保護圍巖天然結(jié)構(gòu)強度，安全的支護施作方式能將洞體開挖變形造成的土體強度損失有效減少。在隧道施工中，重視圍巖變形及其發(fā)展的控制，采取有效的支護方式，是隧道建設(shè)施工的關(guān)鍵。

采用側(cè)壁導坑法進行黃土隧道開挖施工中，應按照“短進尺、少擾動、緊封閉、勤量測”的要求，及時進行大管棚超前支護及鎖腳錨管等支護措施的施作，確保支護及時封閉成環(huán)，各施工工序緊密銜接，隨挖隨支，將隧道及地表下沉量有效減少，以確保施工安全。

1 概述

在某黃土隧道施工中，隧道地質(zhì)條件差，均為Ⅳ，Ⅴ級黃土。隧道最大埋深在210 m以上，最小埋深2.5 m，位于地下水位線以上，天然含水量10%～18%，下穿某高速公路，施工難度大。為確保施工安全，在隧道淺埋、下穿高速段或條件較差段，決定采用側(cè)壁導坑法進行施工。

側(cè)壁導坑法主要適用于圍巖較差、淺埋、偏壓及洞口段施工。該法是將大斷面黃土隧道分割為多個小洞室，有效減少每次開挖后的圍巖臨空面，使得上一循環(huán)架立的鋼架等支護結(jié)構(gòu)為上部各洞室有效利用，通過小斷面的單獨掘進發(fā)展成為一個大的隧道斷面。

使用側(cè)壁導坑法施工工藝，能充分利用在開挖過程中黃土層的短時間自穩(wěn)性，采用型鋼鋼架噴射混凝土的組合支護方式，使圍巖表面形成密貼型鋼架混凝土支護結(jié)構(gòu)，利用中隔壁及橫撐承擔部分受力，使得隧道淺埋、偏壓段的安全性有效提高。

2 施工工藝

該隧道為砂質(zhì)黃土，地質(zhì)條件差，斷面大，采用剛性初期支護，側(cè)壁導坑法能有效確保施工進度和安全。

2.1 超前大管棚支護

黃土隧道開挖后易分層坍塌，鉆進采用定向跟管鉆進法，利用有線導向回旋鉆進一次成孔，鋼管隨進度連續(xù)接長直至設(shè)計孔深。嚴禁放炮。鉆進過程中，用高壓風排渣，控制風壓確保出渣通暢。

采用雙層熱軋無縫鋼管大管棚，絲扣聯(lián)接，管尾焊接法蘭盤與注漿管尾端聯(lián)接。管棚間距0.4 m，各環(huán)管棚間搭接長度在10 m以上。

注漿材料為水泥漿，采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1。注漿時，低壓力、中流量注入，壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa。終壓注漿量小于0.1 L/min時，持壓10 min結(jié)束注漿，以確保管內(nèi)及鉆孔內(nèi)填充密實。

2.2 開挖

側(cè)壁導坑法開挖分七部進行，每循環(huán)進尺1榀鋼架間距，及時施作支護，安裝型鋼鋼架和臨時支撐，噴射混凝土封閉成環(huán)。

為有效提高施工進度，各洞室開挖斷面應合理確定。施工中，由于作業(yè)空間狹小，應當人工開挖1部,3部，盡量減小1洞室,3洞室開挖斷面，人工配合機械開挖其余各部，可適當加大2洞室,4洞室的開挖斷面。

先開挖1室，通過測定土體含水率、密度等，確定初期支護參數(shù)。2室開挖應在滯后1室5 m后進行。初期支護使用初噴4 cm厚混凝土進行護壁，將型鋼鋼架接長后，將混凝土復噴至設(shè)計厚度。3室開挖應在滯后2室3 m～5 m后進行，4室開挖應在滯后3室3 m～5 m后進行，5室開挖應在滯后4室3 m～5 m進行。在開挖5室時，預留的5 m長的掌子面核心土應設(shè)置成圓弧形，環(huán)形帶高度為1 m左右。

在洞體開挖初期，各洞室掌子面的相對位置保持不變，以確保掘進同步。同時，及時進行仰拱施工，應根據(jù)隧道所在地的地質(zhì)情況合理確定仰拱施作長度。各洞室開挖順利，且完成一環(huán)或多環(huán)襯砌施工后，為進行隧道初期支護的變形控制，需逐步進行3室和1室距離的調(diào)整，最終形成1室,3室與2室,4室的掌子面平齊。5室掌子面距2室,4室掌子面的距離控制在3 m～5 m，在于拉近襯砌與前方掌子面距離，保證施工安全。

仰拱開挖分左中右，以充分利用中隔壁支撐，先左右后中間，待仰拱及填充施工完畢后，再拆除中隔壁及橫支撐。

為提高施工進度，在仰拱開挖過程中，可利用棧橋繼續(xù)開挖1室～4室。為確保隧底開挖時整個斷面的安全性，仰拱的一次開挖量不大于3榀鋼架間距，并要及時噴射混凝土形成剛性封閉環(huán)。

2.3 雙層初期支護

第1層通過設(shè)置全環(huán)鋼架加強支護效果。鋼架設(shè)置間距按0.5 m一榀進行控制，在鋼架間設(shè)置縱向連接鋼筋。交叉連接加強筋根據(jù)環(huán)向間距1 m，并間隔1 m的規(guī)格進行設(shè)置。每榀鋼架兩側(cè)大拱腳處各設(shè)4根鎖腳錨管，拱墻設(shè)鋼筋網(wǎng)。C25混凝土全環(huán)進行35 cm厚的濕噴，噴射在拱墻部位的混凝土須摻入聚丙烯微纖維。

第2層通過格柵鋼架設(shè)置加強支護效果。鋼架設(shè)置間距按1 m一榀進行控制，鋼架間設(shè)置縱向連接鋼筋。C25混凝土全環(huán)進行25 cm厚的濕噴，噴射在拱墻部位的混凝土須摻入聚丙烯微纖維。

2.4 臨時側(cè)壁

臨時側(cè)壁通過設(shè)置臨時鋼架來實現(xiàn)，鋼架間距為0.5 m，須在鋼架間進行縱向連接筋和交叉加強筋的設(shè)置。為保證鋼架穩(wěn)定，在拱腳處墊槽鋼，在拱頂、仰拱底及每處鋼架接頭兩側(cè)部位進行連接鋼板設(shè)置。在兩側(cè)邊墻大拱腳部位設(shè)置鋼板墊板。

將超前小導管設(shè)置在臨時側(cè)壁的上半斷面，一環(huán)設(shè)置的環(huán)向間距為0.5 m，縱向間距為2 m。須設(shè)置縱向間距為0.5 m的臨時橫撐，分別在側(cè)壁及中間導坑中部設(shè)置。

初噴4 cm厚混凝土進行鋼架架設(shè)完畢后，繼續(xù)濕噴混凝土覆蓋鋼架，直至設(shè)計厚度35 cm。

2.5 預加固掌子面

使用纖維錨桿進行預加固掌子面，采用的錨桿長度可分為12 m,8 m,4 m三種。三種錨桿各占錨桿總數(shù)的1/3，長、短錨桿交錯布置，在第一環(huán)均進行設(shè)置。

為確保掌子面穩(wěn)固，每開挖4 m的掌子面，進行1/3的12 m錨桿設(shè)置。通過長短錨桿交錯布置，總有1/3長度大于8 m的錨桿在開挖的掌子面前方。

布設(shè)2層纖維錨桿，上部錨桿間距0.8 m，中部錨桿間距1 m，采用等邊三角形布置。在5部施工完畢前及時施作并緊跟5部掌子面。

2.6 初支背后回填注漿

通過壓漿回填初期支護拱部背后，可使得地層與支護緊密相貼，發(fā)揮圍巖自身結(jié)構(gòu)強度。

第一層初期支護施工時，在拱部進行鋼管預埋。預埋鋼管的長度為0.5 m，設(shè)置的鋼管環(huán)向間距3 m，縱向間距1 m，布置呈梅花狀進行。

第一層初期支護閉合成環(huán)后，采用1∶1水泥砂漿壓注，注漿壓力不超過0.2 MPa。回填灌漿分期進行，1期在開挖1室,2室后，2期在3室,4室完成后，3期在5室完成后，4期在仰拱成環(huán)后，二次襯砌施工前。

2.7 仰拱施工

仰拱施工使用分部分段開挖支護，為保證隧道施工運輸暢通，采用15 m的棧橋。在施工中，須嚴格將仰拱與1部掌子面的距離控制在25 m以內(nèi)。

仰拱開挖時，須嚴格按每循環(huán)進尺3榀鋼架的間距進行控制。為確保開挖后的洞體穩(wěn)定，應及時進行鋼架搭設(shè)和濕噴混凝土作業(yè)。待仰拱初支施工5.5 m后，進行5.2 m的仰拱鋼筋綁扎，進行縱橫向仰拱堵頭板的搭設(shè)后，進行止水帶安裝。進行仰拱混凝土灌注，待其終凝后進行填充混凝土灌注。

待灌注的填充混凝土終凝后，將臨時支撐拆除，進入下一循環(huán)施工。

2.8 拆除雙側(cè)壁

仰拱填充混凝土終凝后，將一段與二襯施工長度相同的雙側(cè)壁橫撐、臨時鋼架予以拆除。由專人逐榀進行雙側(cè)壁拆除后及時進行清理。

拆除完畢后，至少應確保5 m長度的臨時支護鋼架深入到仰拱填充層。

2.9 拱墻襯砌

使用全斷面液壓臺車進行拱墻襯砌施工。在本項目施工中，設(shè)計的襯砌臺車10.5 m長，襯砌長度為每節(jié)10.4 m，搭接長度為0.1 m。

為防止形成側(cè)壓及臺車移位，要求對稱進行兩側(cè)的混凝土灌注，兩側(cè)的灌注面高差控制在1 m以內(nèi)。

使用插入式振搗器與附著式振搗器分層分段進行混凝土振搗，插入深度應大于澆筑深度。當灌注面出現(xiàn)浮漿，不再顯著下沉或冒出氣泡時，停止振搗。

為保證拱頂混凝土密實度，灌注至拱頂時應采用擠壓式倒退逐一泵送。

最后，進行掌子面貫通施工，確保各洞室仰拱及時封閉成環(huán)。

3 監(jiān)控量測

在施工過程中，對洞內(nèi)和洞外地表進行拱頂沉降與水平收斂和地表沉降監(jiān)控量測。在施工前，應對路面原始狀況進行測量并記錄。

1)測點布置。進行洞體開挖后，及時進行測點布設(shè)是確保隧道施工安全的關(guān)鍵，還須重視施工中采取的測點保護措施。

在同一斷面上進行水平收斂、拱頂下沉的測點布置。測點斷面間距5 m，每斷面共布設(shè)11個測點。

為保證測點隨土體沉降而自由沉降，測點應深入土體1 m以上。為保護測點，使用塑料袋包裹外套鋼管，待混凝土濕噴完畢后將予以清除。

在洞外沿公路縱向每5 m布置1個點進行地表沉降測點布置，測點一般埋設(shè)于公路兩側(cè)路緣石和中心隔離帶上。進行洞體開挖后每天進行觀測，二襯混凝土施工完并達到設(shè)計強度后停止觀測。

施工前，進行初讀數(shù)讀取并記錄。

2)量測方法。使用全站儀對拱頂下沉、水平收斂進行無接觸式量測，采用坐標法進行兩側(cè)位移的變化觀測。使用高精度水平儀進行地表沉降觀測。

3)量測頻率。施工中的量測頻率應根據(jù)黃土隧道變形的特點合理確定。

4)監(jiān)測管理。主要是進行設(shè)計值、警戒值、允許值的確定。其中，通過預估變形量的百分比確定警戒值。

在該隧道施工中，淺埋段和下穿高速公路段采用側(cè)壁導坑法施工，施工進度快，隧道洞頂高速路面沒有發(fā)生任何開裂，洞內(nèi)拱頂沉降和路面下沉均控制在了50 mm以內(nèi)，滿足了路面行車要求，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。

[1] 楊云濤.雙側(cè)壁導洞法隧道施工技術(shù)[J].科研，2011(1)：72.

[2] 何秀文.淺談雙側(cè)壁導坑法在黃土隧道施工中的應用[J].江西建材，2014(3)：49.

[3] 尹福倫.雙側(cè)壁導坑法在大跨度黃土隧道淺埋段的施工技術(shù)應用[J].內(nèi)蒙古公路與運輸，2016(1)：88.

Keypointsofconstructionoflargesectionloesstunnelsideheadingmethod

LiWei

(ShanxiLuqiaoJinzhongConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

In the construction of a loess tunnel, side heading method adopted in construction, can maximize the use of soil structure strength, fast construction speed, are controlled in the design range of the subsidence of vault settlement and pavement, ensure tunnel construction quality and safety, and has good social and economic benefits.

tunnel, support, excavation, grouting

2017-10-02

李 偉(1986- )，男，助理工程師

1009-6825(2017)35-0178-02

U455

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