超大斷面隧道CD法轉雙側壁法施工工藝研究

摘要 因超大斷面隧道具有跨度大、結構穩定性差等特點，在同一隧道工程中需要根據不同的圍巖等級和跨度進行變換工法來保證隧道建設順利完成。目前對工法轉換的施工工藝尚無標準可依，針對這一情況，文章以海滄疏港通道工程為例，在CD法施工段與雙側壁導坑法施工段之間采用10 m延伸過渡段進行工法轉換，在過渡段中挑頂擴挖形成作業面為雙側壁段施工臺架提供作業空間，進而將CD段中隔壁逐漸偏移至雙側壁段中心位置，完成工法轉換。采用該施工工藝不僅避免對雙側壁段各個導坑的施工造成影響，同時改善了臨時支護的受力狀況，維持了掌子面附近圍巖的穩定。最后將數值模擬得到的結果與現場實測結果對比大致吻合，驗證了工法轉換施工工藝的可行性。

關鍵詞 施工工法;隧道開挖;數值模擬;變截面

中圖分類號 U452 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0129-03

引言

近年我國隧道建設正在向著距離長、跨度大、地形復雜等特點發展[1-2]。當遇到變截面問題時通常使用不同的施工工法來保證掌子面穩定。變截面處隧道施工過程復雜、圍巖受力狀態多變，其中不同工法間的轉換方法成為工程中的難題。

楊迪[3]等依托實際工程，對雙側壁法轉換為長臺階法進行數值仿真，結合數值模擬結果對變形情況及力學特性進行分析。殷明倫[4]等通過數值模擬結合現場數據，根據工法轉換時的圍巖應力與結構內力關系，確定了工法轉換時過渡段的最優長度。

隧道施工過程中，在變截面隧道采取合適的工法轉換方案，可以盡可能地減少圍巖擾動和應力集中，確保在規定工期內順利完工。該文以廈門海滄疏港通道工程B標段工程為依托，對超大斷面隧道工法轉換方案進行研究，為今后類似現場施工提供一定的參考。

1 工程簡介

位于廈門市海滄區的疏港通道工程B標段全長3 260.883 m。主洞隧道與匝道隧道平交口分岔部分分段逐步擴大，如圖1所示。分岔3（FC3）跨度為21.45 m，分岔4（FC4）跨度為24.95 m，根據兩段跨度的不同，FC3采用CD法、FC4采用雙側壁導坑法進行施工，FC3到FC4之間采用10 m延伸過渡段進行工法轉換。

2 主要施工方案

2.1 施工工法選擇

依據前期工法論證方案及FC3變更圖設計，左、右線FC3段采用CD法開挖，FC4段采用雙側壁導坑法開挖，通過增加開挖步驟，控制單次開挖面積從而保證施工質量。具體段落及支護形式如表1所示：

2.2 工法轉換方案

在工法轉換時，FC3段中隔壁在過渡段10 m范圍內逐步向FC4段中心線位置偏移，從而實現在不同隧道斷面間支護結構的順利過渡，具體如圖2所示。

具體工法轉換步驟如下：

（1）FC3導坑1開挖至與FC4交界里程停止開挖，噴射混凝土封閉掌子面。

（2）FC3導坑4跟進至與導坑1同一里程處，停止開挖，噴射混凝土封閉掌子面。

（3）中部導坑及下部導坑2、3、5、6按FC3導坑步距持續跟進。

（4）FC3至FC4采用10 m過渡段，主要為FC4施工臺架提供作業空間。

（5）FC3導坑1向FC4導坑1開挖，單次開挖1.5 m，2榀拱架，因挑頂及擴挖高度較小，可直接挑頂擴挖，施作初期支護及臨時支護，臨時支撐仍采用中隔壁臨時支撐。中隔壁在過渡段10 m范圍內逐步向FC4中隔壁偏移。

（6）FC3導坑1過渡段施作完成后，及時封閉掌子面。導坑4向FC4挑頂擴挖，單次開挖1.5 m，2榀拱架，須經2～3次爆破形成FC4開挖輪廓線，每次爆破完成后及時采用5 cm噴射混凝土進行初噴。開挖到位后及時施作FC4導坑4初期支護，導坑4過渡段施作完成后，及時封閉掌子面。至此FC4斷面上導坑形成雙側壁施工作業空間。

（7）FC4導坑1按雙側壁導坑法開挖，及時施作支護，導坑1開挖15 m后，開挖導坑4。中部導坑及下部導坑按FC4雙側壁開挖法步距持續跟進。

（8）及時施作仰拱及填充，封閉成環。

2.3 雙層初支施工措施

導坑1開挖10～15 m后進行4導坑開挖，導坑4開挖10～15 m后進行2導坑開挖，及時噴射混凝土封閉掌子面，進行第二層初支施作;導坑2、5、3、6第二層初支與第一層初支同步施作。導坑7第二層初支滯后第一層初支2～3循環施作。

在施作雙層初支時應注意：

（1）第一層初支與第二層初支拱架錯開設置。

（2）在第一層初支臨時支撐噴射混凝土，要預留好第二層拱架橫穿位置，以避免第二層初支施做時進行鑿除橫穿孔。

（3）第二層初支應與第一層初支拱架的搭接位置錯開。

（4）第二層初支拱架應增設鎖腳錨桿和縱向連接筋進行固定。

2.4 臨時支撐拆除措施

（1）在確定拆除段的永久支護封閉完成后，此時才可對該段的臨時支護進行拆除，拆除時須滿足規范要求。

（2）在臨時支護拆除前，需要對拆除段的沉降變形監測結果進行分析，當均滿足穩定條件時方可進行拆除。

（3）首先采取隔3拆1的方法，觀測到的隧道變形量和變形速率，均處于正常范圍內時，采取隔1拆1的方法，以防中隔壁支撐突然失穩倒塌。

（4）監控量測數據穩定后，對臨時支撐上的混凝土進行清理，逐環清理鋼筋網及鋼架。對單次拆除臨時支護長度以不大于1 m為宜。

2.5 監控量測措施

應根據設計對監測點進行布設，在開挖、支護完成后及時對監測點進行作業，保證監測數據的準確性，及時根據現場情況對檢測項目及內容做出調整。

對于分岔段超大斷面施工，主要進行的監測項目有：地質及支護狀態觀察、拱頂下沉量測、鋼支撐內力量測等。

3 數值模擬

3.1 數值模型的建立

采用FLAC3D對變截面隧道進行數值模擬，選取隧道左線ZK4+005.0至ZK4+055.0建立模型，長寬高分別為50 m×160 m×140 m，如圖3。模擬計算中初期支護采用殼單元，錨桿采用桿單元，二襯、中隔墻均采用實體單元，隧道開挖使用null單元實現[5]。

圍巖及支護參數根據地質工程勘察資料結合相關規范取得如表2、3所示：

3.2 計算結果

按照實際施工方案模擬開挖完成的隧道位移云圖如圖4所示，在過渡段并未發現較大的變形，過渡段中隧道產生的位移變化較為平穩，并未發生因截面擴大而導致變形超過控制量的情況。

在隧道縱深方向每隔5 m分別在拱頂設置監測點，對拱頂處的位移變形進行監測，將數值模擬中開挖穩定后的監測點數據與現場實測數據對比如表4所示。

將數值模擬得到的沉降量與現場實測值進行對比可以發現，數值模擬得到的位移均小于現場實測位移，相對誤差處于13%左右，無論是數值模擬還是現場實測得到的拱頂沉降均在規范的控制范圍內。

4 結論

該文以海滄疏港通道為背景，對超大斷面隧道采用過渡段進行工法轉換的要點進行了分析，并且利用數值模擬對工法轉換時隧道的穩定性進行了驗證，得到以下結論：

（1）根據對隧道開挖完成后拱頂沉降值進行分析，無論是數值模擬結果還是監控量測數據，開挖完成后的拱頂變形均處于規定要求的控制范圍內，證實了采用過渡段進行工法轉換有利于圍巖的穩定。

（2）在開挖過渡段時，拆除中隔壁會導致拱頂下沉和拱底的隆起變形量增加。因此，拆除臨時支架過程中應加強監測工作。

（3）采用10 m延伸過渡段進行工法轉換，方便大型機械進入工作區，避免對后續雙側壁段導坑的施工造成影響，有效提高了施工效率。

參考文獻

[1]田四明， 王偉， 楊昌宇， 等. 中國鐵路隧道40年發展與展望[J]. 隧道建設（中英文）， 2021（11）： 1903-1930.

[2]洪開榮， 馮歡歡. 近2年我國隧道及地下工程發展與思考（2019—2020年）[J]. 隧道建設（中英文）， 2021（8）： 1259-1280.

[3]楊迪， 錢坤， 童建軍， 等. 超大斷面公路隧道工法轉換施工力學特征研究[J]. 現代隧道技術， 2021（S1）： 216-223.

[4]殷明倫， 張晉勛， 江玉生， 等. 超大斷面隧道工法轉換過渡段最優長度[J]. 科學技術與工程， 2021（3）： 1163-1168.

[5]吳佳俊， 胡祖棟. 基于FLAC3D的隧道施工數值模擬及現場監測分析[J]. 工程建設， 2021（11）： 66-72.

收稿日期：2022-03-05

作者簡介：李鵬程（1985—），男，大專，工程師，從事隧道工程現場施工及相關工作。