隧道洞口淺埋段開挖雙側壁導坑法施工技術研究

董偉偉

（北京鐵城建設監理有限責任公司，北京 100080）

0 引言

雙側壁導坑法是在新奧方法的基礎上發展起來的一種隧道施工工藝。通過對眾多隧道工程實例的分析可知，雙側壁導坑法使用時地面沉降僅為其他工法的1/2。盡管其具有擾動大、剖面劃分多等缺點，但各剖面均能在基坑開挖后自行封閉，故采用該法基本消除了土體變形等因素對隧道工程質量的影響。

1 雙側壁導坑法施工技術概述

1.1 工作原理

雙側壁導坑法的工作原理是采用兩道中間隔壁將全隧道掘進面劃分三個導坑，也就是右、中、左三個導坑。首先開挖左右兩側的導坑，接著分別對導坑進行初支和臨時支護，再對中間的導坑進行初支護，初支護在仰拱處閉合成環，最后將左右兩個導坑的臨時鋼架依次分段拆卸，使其成為一個整體。

1.2 雙側壁導坑法優勢

從新奧地利隧道建設法（NATM）發展而來的雙側壁導坑法，適合于V 類及更高等級、地質條件更惡劣的大跨度、復雜地質條件下的隧道工程建設。其特點是：在施工時，將整個基坑平面劃分若干個孔道，挖掘量很少，兩邊的每一個孔道都在挖掘完成后馬上封閉，構成一種能有效承受橫向土壓力的、自給自足的、狹窄的豎直結構。所以，采用雙側壁導坑法可以對頂板的變形進行有效控制，保證工作面的穩定性，從而減少掘進時的危險[1]。

2 工程實例

2.1 工程概況

某隧道工程項目是一個雙線隧道，進口和出口距離DK2+045，DK13+987，中間距離DK8+016，全長11.942km，最大埋深337m。多為平行區，入口半徑為0.7km、0.6km，另有1.4km、1.7km 左右偏移，隧道位于兩條平行線上，隧道縱向斜率為“V”字形，且隧道出口斷面下斜率分別為-9.7‰、-30‰、25.2‰、30‰、-3‰，導線高度為107.57～214.678m。

2.2 工程難點分析

第一，由于巖石和周圍巖石存在坍塌的危險，因此，隧道極易遭受地表塌陷、空洞和溶洞等天然災害。第二，因為該工程中有部分地區屬于低氣體隧道，施工時有一定風險，要確保隧道的通風，以此降低安全事故的發生概率。第三，由于隧道周圍存在人防通道、市政道路、房屋、交通干道等眾多建筑物，所以，應按照《爆破安全規程》（GB 6722—2014）和《鐵路隧道工程施工安全技術規程》（TB 10304—2020）等要求，采取相應的安全措施，在保障自身安全的前提下，保障其他建筑物的安全。第四，由于存在瓦斯、巖溶、危巖、斷裂等多種不利地質條件，因此，該隧道屬1 類危險隧道，具有一定的可預測性。

2.3 技術措施

第一，加大暗洞覆蓋層的厚度，調節明洞。原本入口明洞為30m，根據實際情況，將其改為45m，并從0.6m 改為3m。

第二，在V 類軟巖石中，在淺埋偏壓力較大的情況下，必須使用雙側壁導坑法。采用“邊挖邊支護”的方法，使開挖斷面由大化小。

第三，為了保證施工過程中的圍巖穩定性，需要對施工中采用的提前預埋支撐方式進行合理調整。暗洞拱部原設計不動（φ42mm 超前小導管預支護不動），增設108 超前長管棚（40m）預支護，其環向間隔0.4m，在洞口開挖。另一種情況是在拱形部分，使用了兩個φ42mm 的小直徑提前管，對其進行灌漿，以達到加強的目的。該小管道長度4.5m，環形間隔0.2m，外推角度35°和10°，縱向間隔150cm。

第四，通過改變初始支護構造，減小隧道內的地層壓力，保證隧道的穩定性。山側側墻使用帶有排氣系統的φ25mm 中空灌漿錨桿來取代原來設計中的φ22mm 砂漿錨桿，其軸向間距為1m，縱向間距為80cm，長度從原來的4m 調整為6m，呈梅花形。

第五，選擇較細的管道進行灌漿。在工作面開挖時，要結合現場實際情況，對容易剝離的地方進行注漿，為了確保工作面的穩定，選擇的是φ42mm、2m 長的小管道，間隔1m，呈梅花形。

第六，為增強其穩定性，可在明洞斷面左邊的斜坡上，采用1∶0.75～1.25 的填筑土體，并采用φ42mm 的小型管道（10m）灌漿，并采用φ25mm（6m）的空心灌漿錨桿（6m），間隔1.2m，呈梅花形，用于加強斜坡的穩定性。

第七，加強排水和防火措施。采取導流溝、集中排水等措施，將洞穴內的積液全部抽干；為實現降雨徑向入溝快速排水，需對斜面上的排水溝進行修整與通暢；減少降雨入水，如有需要，用雨布覆蓋，并選用鉆孔法對地面的縫隙、孔隙進行夯實；對于周圍及隧道中的溶洞，應視其水流狀況而選用相應的治理方法，存在溶洞時應采取截斷、引流等措施進行治理，而對于無水流通道的巖洞，可采用漿料碎塊或干碎塊來進行處理[2]。

第八，在施工期間，需根據巖層中的實際含水量，在巖層中穿入玻璃鋼管道，以實現對巖層的蓄水和放水，注漿加固可選擇直徑為42mm 的小型管道。

3 雙側壁導坑法施工技術

3.1 施工要點

第一，考慮到工作面容易垮落，特別是側壁下方。因此，必須在原來的基礎上多加2 個步驟，共計10 個步驟。也就是最初的“②”和“④”被分成兩個部分，②-1 和④-1 部的開挖高度是2.73m，②-2 和④-2 部的開挖高度是2.39m，見圖1。第二，在洞口有偏壓的情況下，首先開挖右側洞口，以減小左邊洞口開挖時的側向壓力。第三，在軟硬巖石的穩固階段，進行快速掘進，在8cm 厚度水泥噴出時，進行快速封堵，同時，對初支護和暫支護要進行快速支撐，以達到封堵的目的，一環套一環。第四，應預留核心位置為①③⑤⑥，應用上弧形小島坑進行開挖，以此降低開挖面臨孔的高度，減小斜坡的傾角。同時，為了避免基坑表面出現崩塌、滑落現象，在基坑開挖過程中，應根據現場條件，在進行初步支護后再進行開挖。第五，下部開挖必須在上部支護穩定后方可進行，以免影響上部圍巖的正常施工和安全。為了預防上部出現斷面現象，需要同時懸空兩側拱腳。也就是要交錯進行開挖施工。第六，認真加固拱腳，并在各點上強化鋼框，每一處的拱腳需要用2 根長6m、φ50mm 的鋼管進行加固鎖定。第七，在上方基坑和兩邊導向坑支護完畢后，設置監測點進行監測和測量，并對拱腳、拱頂和側壁中間部位的定位進行適時修正。當觀測到變形速率加快時，應及時進行仰拱預支封堵。第八，為確保工程的安全性，在拆除臨時鋼框架時，應使其間距小于5m。第九，二次襯砌必須在初始支護變形趨于平穩以后才能進行。第十，因為該項目涉及的部門較多，但作業范圍相對較窄，各工藝環節可能互相影響，因此必須有統一的指令才能完成作業，確保各部門之間的配合，使各個環節井然有序[3]。

圖1 雙側壁導坑法施工分部示意(單位：m)

3.2 旋噴樁注漿加固

采用φ900mm@70cm 樁徑的三重管旋噴樁，對隧洞掘進線上2～3m 范圍內的巖體進行強化處理，將整個區段作為一個加強體。

一是鉆孔。在鉆孔前，先進行孔高的測量，再做好數字和標定工作。在施工之前，要對孔間距、深度、孔的直徑、垂直度進行檢測，并選取DNI1O PVC 管對容易倒塌和有穿孔的地方進行護壁。

二是旋噴。為避免管道中的污泥積累，在插入管道時，一定要用塑料薄膜包裹高壓水口。當水壓足夠高時，就用泥漿從上方向下噴射，為避免旋噴管道發生扭曲，應在達到規定的工作壓力后再進行噴射。

3.3 超長管棚施工

超長管棚選用的是熱軋無縫鋼管，其鋼管規格為φ108mm，壁厚8mm。該管棚應布置在拱部120°的區域內，間距應按照0.4m 的距離來設置。同時，為確保超長管棚連接牢固，需要利用絲扣套管進行管棚連接，其中絲扣套管的規格為φ121mm，壁厚8mm，長度400mm；連接超長管棚的單管長度為6000cm。

3.3.1 外置管棚。為了避免在隧道開挖段中出現“墜頭”現象，外置管棚非常重要，科學合理的外置管棚能夠發揮優良的圍巖支撐作用。所謂外放距離主要指鋼管中心點到隧道開挖輪廓線的垂直距離，用公式表示為：L=L1+L2+L3=35+10+20=65cm（其中，L1為鋼管設計中心點到隧道開挖輪廓線的垂直距離；L2為預留隧道變形的數量；L3 為“墜頭”的余數）。

3.3.2 安裝導向管。導向管的安裝是按照預先確定的大小來進行的，并在地下的一面墻壁上開有洞口，總共159 個洞口。導向管安裝完畢后，進行逐一檢驗，以保證導向管的位置、方向、角度滿足建設要求。若出現裂縫應將裂縫補上，通常使用高強度的環氧膠漿，然后再安裝133 引導鋼管。

3.3.3 機具和鉆孔的選擇。成孔機械的選用將直接關系到成孔效果?？傮w上，采用HGT-100 型水力臥式鉆孔設備，對斷層破碎帶進行鉆孔。根據下層條件配好洗漿泥漿。打開水泵后，先讓清洗水流動一下，然后再繼續鉆進。在鉆井作業中，必須選擇電纜導向器進行分段測量，為了確保其精度，在出現傾斜時必須進行方位校正。需要注意的是，在工程建設過程中所發生的一切，都要做好登記，以備將來查詢。

3.3.4 安裝鋼管。采用接管的方法將管道連接起來后再進行插入，準備4m 的標準管道以及幾根2m的管道備用，便于交叉安裝。

3.3.5 注漿。采用小管子逐個、重復地進行注水漿液的壓實，將水灰比控制在0.6～1，并將注漿量和壓力控制在0.4～0.6MPa。由于斷裂的巖石是不完整的，因此最終的壓強必須超過0.8MPa。

3.4 隧道雙側壁導坑法施工

3.4.1 洞門口地下連續墻破除。在地下連續墻鋼筋混凝土破除時，應嚴格遵循工程施工工藝步驟，做好相關支護工作，并排擺放三棍鋼筋鋼架，按照1～6 的順序進行施工。

3.4.2 超前小導管預支護。超前灌漿小導管同樣選擇的是熱軋無縫鋼管，其鋼管規格為厚度0.35cm，φ42mm，長度為4m。環向間距設置為30cm，每一次搭接的長度為2m，其范圍是180°，外插腳設置在10°。水泥漿在0.6～0.7MPa 的壓力下，選擇0.6～0.8 的水泥漿作為注漿材料。它的具體操作主要有：檢查、注水泥、設置小孔、封堵工作面成孔等。

3.4.3 土方開挖與初期支護。導坑的開挖有先后次序，各坑間相距3～5m，導坑間互不干擾，各自獨立進行。選擇小型破碎炮來進行開挖，將泥土從小車上卸下，然后拖入土斗中，再用起重機將泥土直接運輸到地表。在格子與巖石之間懸掛鋼筋網，并與格子網相聯結，聯結要牢靠，各格子網使用M24A 系列螺栓及聯結模板。在每一個格子框架的一側，以及在通道的另一端，都安裝縱梁，并在此基礎上噴射預應力混凝土。彎曲墻體部位的網格應采用分段布置，在網格鋼框架的基座上鋪設方木，并選擇砂礫填充。為預防格柵鋼架連接不夠緊密，噴射時不能噴混凝土。

3.4.4 中隔壁拆除與二次襯砌施工。隧道為彎曲狀，需要適當減小二襯臺車的長度，方能保障隧道間隙和真圓度。每一個倉段設置6m，應用前傾后拱的二襯選擇辦法。不僅要做好隧道的前期支護施工，還需要對相關施工活動開展密切的監測活動，收集實時數據變化。待數據穩定后，依據規范施工工序，對臨時支架進行科學拆除，且每次拆除按照小于8m 的標準進行[4]。

4 隧道洞口淺埋段開挖雙側壁導坑法施工監測

隧道監測測量尤其重要，應予以足夠的關注。監測測量結果可以起到復核工程方案優選的合理性和施工參數合理性的效果。通過對現場實際監控量測數據的分析（見表1）發現，變形和沉降都在可控制范圍內。

表1 監控量測數據分析

5 結語

總之，隧道工程項目施工難度大，技術要求高，施工環境復雜。雙側壁導坑法能夠將隧道斷面劃分若干個小斷面進行施工，有助于確保隧道結構的穩定性和施工安全。文章結合工程實例，詳細闡述雙側壁導坑法施工技術，取得較好的施工效果。同時，隨著隧道施工項目的增多以及隧道施工環境的復雜化，雙側壁導坑施工工藝也將進一步完善和優化，從而更好地應對各種隧道施工難題。