淺談城市大斷面隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖技術(shù)施工

張宗鵬

（中交路橋華北工程有限公司，北京 101100）

1 工程概況

塔山南路（通世南路-竹林南路段）三標(biāo)段市政工程，位于煙臺市芝罘區(qū)塔山南路與勝利南路交叉口處，向西接通世南路，道路全長0.862 km。該標(biāo)段設(shè)置隧道一座，荊子山隧道左線長280 m，右線長280 m，左右洞凈距 16.5 m～22 m，設(shè)計縱坡為-3.0%和-3.15%的單坡隧道，最大埋深約62.23 m，進出洞最小埋深約1.6 m；根據(jù)工程地質(zhì)測繪及鉆探資料，隧道段主要地層為元古代粉子山群崗崳組二段黑云變粒巖，基巖大部分地段被覆蓋，露頭較少，風(fēng)化嚴(yán)重，隧道開挖最大凈寬17.65 m，開挖凈高為11.4 m，道路等級為城市主干路，車道規(guī)模為雙向8車道（含非機動車道），設(shè)計時速60 km/h。

2 隧道常用開挖方法及選擇

在城市道路施工中，由于地下障礙物和周圍環(huán)境的限制，隧道通常采用的施工方法是噴錨暗挖（礦山）法中的淺埋暗挖法施工，根據(jù)不同圍巖情況及開挖掘進的方法的不一樣，可分為：全斷面法、臺階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，單側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法（CD法）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、交叉中隔壁法（CRD工法）等方法。

該工程所在地所揭露的地層自上而下依次為第四系粉質(zhì)黏土，中風(fēng)化變粒巖，強風(fēng)化變粒巖，局部夾雜強風(fēng)化花崗巖，地質(zhì)條件較差，該隧道斷面為單向4車道（含非機動車道），在已建成的市政隧道中屬于斷面較大的隧道，施工安全風(fēng)險較高，該隧道屬于典型的淺埋大斷面隧道，具備大斷面開挖的基本條件，為盡快穩(wěn)當(dāng)圍巖，減少施工對環(huán)境的不利影響，根據(jù)經(jīng)驗和多方案的對比分析，采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法單向掘進施工。

3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工特點

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法主要針對隧道跨度較大、地表沉降要求嚴(yán)格、圍巖條件特別差的情況，其原理就是利用臨時支撐將大斷面分割成6個小斷面，導(dǎo)坑尺寸的確定要嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸，分割后每一個小斷面作為一個獨立開挖工作面，各小斷面之間按照設(shè)計步距要求進行控制，按照左右側(cè)導(dǎo)坑錯開開挖，開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)坑為原則。由于分割后開挖斷面小，安全性相對較好，能構(gòu)成窄立結(jié)構(gòu)， 在兩邊承載較大側(cè)向壓力， 進而使初期支護盡快受力，有效提升初支的受力性能從而較少沉降，確保施工安全，但是在體系轉(zhuǎn)換過程中屬于對圍巖的二次擾動，沉降變形變化較大，在這個過程中要做好沉降觀測工作[1]。

4 雙側(cè)壁導(dǎo)坑鉆爆法施工

4.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝

荊子山隧道采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑分部開挖、全斷面二次襯砌緊跟初期支護的施工方法，施工工藝流程如圖1所示。

完成進洞準(zhǔn)備后，在已刷好的掌子面開始開挖左側(cè)上臺階的導(dǎo)洞，開挖并施做左側(cè)導(dǎo)洞上臺階初支及底板型鋼橫撐，以盡快完成左導(dǎo)洞的閉合成環(huán)，完成5 m的左側(cè)導(dǎo)洞開挖后施做右側(cè)導(dǎo)洞上臺階初支及底板型鋼橫撐，完成5 m的再施工左側(cè)導(dǎo)洞下臺階的開挖支護；左側(cè)導(dǎo)洞下臺階完成后再施做右側(cè)導(dǎo)洞下臺階；左右導(dǎo)洞完成后盡快施工左右兩側(cè)導(dǎo)洞仰拱襯砌；完成后再進行核心土上臺階、下臺階、仰拱襯砌澆筑等工序[2]。達(dá)到雙隔壁的臨時支撐拆除條件時進行拆除，每次臨時支護的拆除長度控制在9 m，分兩步進行，第一步拆除4.5 m，第二步拆除4.5 m，并在臨時鋼支撐拆除后，加強隧道的監(jiān)控量測。待沉降觀測滿足要求后施做防水層及二次襯砌。

4.2 監(jiān)控量測

4.2.1 監(jiān)控量測目的

隧道監(jiān)控量測作為新奧法的三大核心之一，對評價隧道施工方法的可行性、設(shè)計參數(shù)的合理性及其重要，主要體現(xiàn)在以下4個方面。1）通過圍巖地質(zhì)狀況和支護狀況描述，對圍巖進行合理的分類及對穩(wěn)定性進行合理的評價，并對可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進行地質(zhì)預(yù)測。2）通過隧道洞口地表下沉，及時分析隧道施工對地表沉降產(chǎn)生的影響。3）通過測定圍巖壓力、錨桿內(nèi)力，了解錨桿的工作狀態(tài)，進而對隧道圍巖的穩(wěn)定性作出評價。4）通過圍巖地質(zhì)描述，對圍巖級別進行鑒定，對隧道支護方式和施工工藝提出建議。

4.2.2 主要檢測項目

4.2.2.1 拱頂下沉量測

拱頂下沉量測是在隧道開挖毛洞的拱頂及軸線左右各2 m～3 m設(shè)置掛鉤測樁，通過測量每天的沉降量判斷圍巖的自穩(wěn)及下沉情況。

4.2.2.2 凈空收斂

收斂位移量測通過預(yù)埋初支上的觀測點，通過鋼尺式周邊收斂儀來量測周邊圍巖的收斂變形情況，以此判斷圍巖是否已經(jīng)收斂穩(wěn)定。

4.2.2.3 淺埋段地表沉降

通過監(jiān)測洞口地表情況、地表沉降、邊坡的穩(wěn)定、地表水滲漏情況來判斷爆破開挖對地表的影響情況，為優(yōu)化爆破方案提供直觀的數(shù)據(jù)。

4.2.2.4 鋼支撐內(nèi)力

在鋼拱架待測部位設(shè)置觀測點，采用鋼弦式應(yīng)力計測量數(shù)據(jù)，在鋼筋計的頻率—軸力標(biāo)定曲線中畫出隧道鋼拱架軸力及彎矩分布圖，對比設(shè)計參數(shù)確定鋼支撐內(nèi)力情況。

4.2.2.5 支護混凝土內(nèi)應(yīng)力

在襯砌的內(nèi)外層鋼筋中成對布設(shè)觀測點，采用鋼弦式應(yīng)力計測量數(shù)據(jù)，再根據(jù)應(yīng)力計的頻率—軸力標(biāo)定曲線中計算出應(yīng)力計所在斷面的軸力、彎矩，對比設(shè)計參數(shù)判斷支護混凝土內(nèi)應(yīng)力情況。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖施工工藝流程圖

4.2.3 檢測結(jié)果

經(jīng)檢測，拱頂下沉量最大處為洞頂32.4 mm，并隨著掘進的進尺逐步穩(wěn)定；凈空收斂、淺埋段地表沉降、鋼支撐內(nèi)力、支護混凝土內(nèi)應(yīng)力均在設(shè)計要求范圍內(nèi)。

5 施工效果和結(jié)論

荊子山隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法爆破施工，各項指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期效果，滿足設(shè)計要求，安全地完成了隧道開挖工作，爆破開挖過程中沒有對周邊建筑物造成傷害，未引起地表的不均勻沉降，二次襯砌外觀及其他指標(biāo)滿足設(shè)計及規(guī)范要求。主要應(yīng)用結(jié)論有5點。1）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工可以采用機械配合爆破開挖，在中風(fēng)化變粒巖中應(yīng)用效果較好。2）城市大斷面隧道的開挖施工可以利用分割斷面，增加臨時初期支撐的方法以減小圍巖沉降，加快施工進度的目的。3）針對中風(fēng)化變粒巖，特別是巖層處于水平狀態(tài)時在開挖過程中易出現(xiàn)小型塌方，在超前支護中要及時關(guān)注。4）在隧道開挖過程中，尤其是埋深較淺的城市隧道，地表水的截流和疏散非常有效，能較少中風(fēng)化變粒巖，強風(fēng)化變粒巖的軟化速度，避免施工過程中的掉塊。5）在城市大斷面隧道的開挖中，必須加強地表及洞內(nèi)監(jiān)控量測，根據(jù)洞內(nèi)外的監(jiān)控數(shù)據(jù)，動態(tài)地調(diào)整爆破和支護參數(shù)，使得初期支護及早完成閉合成環(huán)，及早形成有效受力體系[3]。

6 結(jié)語

目前該隧道項目已經(jīng)建成通車，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在該隧道開挖中得到了很好的應(yīng)用，達(dá)到了設(shè)計及規(guī)范要求，希望對于類似的城市隧道或大斷面的隧道工程施工可提供參考和借鑒，為其他施工管理人員提供一定的幫助。