淺埋隧道雙側壁導坑法施工技術

摘要在客運專線隧道施工中，根據地質條件、機械設備情況和隧道設計要求，對于淺埋大跨度及地質條件很差的隧道，雙側壁導坑法開挖是一種較為理想的開挖法。雙側壁導坑法施工是以新奧法基本原理為依據，在開挖導坑時，盡量減少對圍巖的擾動，導坑斷面近似橢圓，周邊輪廓圓順，避免應力集中。初期支護采用鋼架、錨桿、鋼筋網、噴射混凝土等柔性支護體系，及時施作，使斷面及早閉合，以充分利用圍巖的自承能力，控制圍巖變形。建立一整套圍巖支護結構監控量測系統，進行信息化施工管理，隨時掌握施工過程中的動態變化，合理安排，調整施工工藝和設計參數，確保施工安全。

關鍵詞雙側壁導坑 鋼架 錨桿 圍巖量測

中圖分類號:TU74文獻標識碼:A

本文通過朋山隧道Ⅴ級圍巖采用雙側壁導坑法現場施工過程，總結了客運專線鐵路隧道在淺埋段地質條件較差時采用雙側壁導坑法的施工工藝和在施工過程中一些好的經驗，雙側壁導坑法在軟地質條件較差的弱圍巖地段施工按照“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測”的原則施工，及時進行圍巖量測，根據圍巖量測和支護應力、應變及位移等信息，對設計參數進行必要的調整和修改，以保證施工階段和支護體系有足夠的安全性。

1 朋山隧道工程概況

朋山隧道是福廈鐵路III標段的重點控制工程。朋山隧道全長2395米，按250km/h客運專線雙線隧道設計。 朋山隧道由于受新構造運動影響，地殼升降頻繁，滄海桑田，海陸幾經變遷，隧道內Ⅴ級軟弱圍巖長為470m，隧道凈寬14.98m。朋山隧道出口段埋深較淺，局部埋深不足3m。

Ⅴ級圍巖地層巖性:

人工填筑層(Q4ml):成份為塊石土、碎石土為主，顏色為灰黃、淺黃等雜色，稍濕～潮濕，稍密～密實，其余為黏性土、砂等填充。

粉質粘土(Q4dl+pl):灰黃、淺灰、灰白、磚紅等色，硬塑狀，局部呈軟塑狀，土質不均勻，含20%～30%中粗砂，厚2～5m，局部厚10m。

朋山隧道470m處于淺埋Ⅴ級軟弱圍巖且為大跨度隧道，在隧道施工中為了保證施工安全采用雙側壁導坑法施工。

朋山隧道雙側壁導坑施工圖

2 雙側壁導坑施工技術

朋山隧道Ⅴ級圍巖段地質條件較差(為土質、地下水較豐富、設計為Ⅴ級圍巖)，采用雙側壁導坑法施工。在施工中，嚴格按照設計、規范和施組進行隧道開挖施工，采用雙側壁導坑法施工保證了洞口地段的施工安全和施工質量。

2.1 雙側壁導坑法施工工藝原理

淺埋及圍巖較差的隧道暗挖雙側壁導坑法施工是一項邊開挖邊支護的施工技術。其原理就是把整個隧道大斷面分成多個小斷面施工，每一小斷面單獨掘進，最后形成一個大的隧道，利用土層在開挖過程中短時間的自穩能力采用網狀支護形式，使圍巖或土層表面形成密貼型薄壁支護結構，用中隔壁承擔部分受力。該方法主要適用于粘性土層、砂層、砂卵層等地質。

2.2 雙側壁導坑法施工工序

雙側壁導坑法適用于Ⅴ級圍巖開挖施工。施工工序圖見附圖。

工序1:(1)利用上一循環架立的鋼架施作隧道側壁42小導管及導坑側壁22水平錨桿超前支護。(2)弱爆破開挖①部。(3)噴混凝土封掌子面。(4)施作①部導坑周圍的初期支護，即初噴4cm厚混凝土，鋪設鋼筋網，架立型鋼鋼架和工18臨時鋼架，并設鎖腳錨桿。(5)鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

工序2:(1)在滯后于①部一段距離后，弱爆破開挖②部。(2)導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，鋪設鋼架網。(3)連接型鋼鋼架和工18臨時鋼架。(4)復噴混凝土到設計厚度。(5)回填②部。

工序3:在滯后②部一段距離后，開挖③部并施作導坑周邊的初期支護和臨時支護，步驟及工序同1。

雙側壁導坑法施工工序圖

工序4:開挖④部并施作導坑周邊系統支護和臨時支護，步驟與工序2相同。

工序5:(1)利用上一循環架立的鋼架施作42小導管并注漿超前支護(2)開挖⑤部(3)噴混凝土封閉掌子面(4)導坑周邊初噴4cm厚混凝土，架設拱部鋼架，鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

工序6:開挖⑥部。

工序7:(1)在滯后于⑥一段距離后，弱爆破開挖⑦部。(2)隧底周邊部分初噴4cm厚混凝土.(3)安裝鋼架的仰拱部分使鋼架全部封閉成環，復噴混凝土至設計厚度。

工序8:(1)根據監控量測結果分析，待初期支護收斂后，開挖回填土石及拆除工18臨時鋼架。(2)灌筑Ⅷ部邊墻基礎與仰拱，填充混凝土至設計標高。

工序9:灌筑仰拱填充Ⅸ部至設計高度。

工序10:利用襯砌模板臺車一次性灌筑Ⅹ部襯砌(拱墻襯砌一次施作)。

2.3 雙側壁導坑施工方法

2.3.1 雙側壁導坑法支護參數

2.3.2錨桿施工

根據地質條件、使用要求及錨固特性選擇錨桿。拱部系統錨桿采用25中空注漿錨桿，邊墻系統采用22砂漿錨桿。所有錨桿均設置鋼墊板，墊板尺寸為150mm€?50mm€?mm。

砂漿錨桿施工工藝框圖

(1)砂漿錨桿施工。鉆孔使用YT-28鑿巖機按照設計要求定出錨桿位置，孔位允許偏差150mm;鉆孔與圍巖壁面垂直，鉆孔深度大于錨桿長度10cm。錨桿施工在初噴混凝土后進行，保證錨桿墊板有一個平整的基面。間距(環向€鬃菹?.0€?.6m)，梅花形布置。在圍巖破碎和應力較大的地段，適當增加錨桿數量。錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不敲擊、碰撞和拉拔。

(2)中空注漿錨桿。中空注漿錨桿施工，鉆孔使用YT-28鑿巖機鉆孔，鉆孔前根據設計要求定出孔位，鉆孔保持直線并與所在部位巖層結構面盡量垂直，鉆孔直徑42mm，鉆孔深度大于錨桿設計長度10cm。見中空注漿錨桿工藝框圖。

①錨桿安裝:中空錨桿按設計要求在廠家定做，使用前先檢查錨桿孔中有無異物堵塞，如有異物清理干凈。錨桿由人工安設，保持錨桿的外露長度10～15cm，然后安裝止漿塞。

②注漿準備:為了保證連續不間斷注漿，注漿前認真檢查注漿泵的狀況是否良好，配件是否備齊。檢查制漿的原材料是否備齊，質量是否合格。漿液采用水泥漿，檢查無問題后開始注漿。

中空注漿錨桿施工工藝框圖

③注漿作業:迅速將錨桿、注漿管及注漿泵用快速接頭連接好。開動注漿泵注漿，直至漿液從孔口周邊溢出或壓力表達到設計壓力值為止。每根錨桿必須“一氣呵成”。一根錨桿完成后，迅速卸下注漿軟管和錨桿接頭，清洗后移至下一根錨桿使用。若停泵時間較長，則在下根錨桿注漿前放掉注漿管內殘留的水泥漿。注漿過程中，每次移位前及時清洗快速接頭，以保證注漿連續進行。漿液嚴格按配合比配制，并隨配隨用，以免漿液在注漿管、注漿泵中凝結。注漿過程中若出現堵管現象，及時清理錨桿、注漿軟管和注漿泵;當注漿泵的壓力表顯示有壓力，則卸壓后再拆接頭進行處理。為保證注漿效果，嚴格控制注漿壓力，橡膠止漿塞打入孔口不小于30cm，而且要待排完氣之后立即用快凝水泥砂漿封閉止漿塞以外的鉆孔。

2.3.3 鋼筋網安設

鋼筋網采用8圓鋼，網格尺寸采用200mm€?00mm，搭接長度為1～2個網格，采用焊接。掛鋼筋網在系統錨桿施作后安設。鋼筋網根據被支護巖面的實際起伏形狀鋪設，并在初噴混凝土后進行，鋼筋網與錨桿連接，點焊在一起，使鋼筋網在噴射時不晃動。施作前，初噴4cm厚混凝土形成鋼筋保護層。

2.3.4 鋼架施工

型鋼鋼架采用I20工字鋼，在材料加工廠每榀鋼架加工完成后放在硬化的水泥地面試拼裝，考慮隧道圍巖預留變形量15cm，周邊拼裝允許誤差為3cm，平面翹曲小于2cm。洞內安裝在初噴混凝土之后進行，與定位系筋、錨桿聯接。鋼架間設縱向連接筋，鋼架間用噴混凝土填平。

安裝前清除底腳下的虛碴和雜物。各鋼架間以螺栓連接，連接板密貼。沿著鋼架外緣每隔2m用混凝土預制墊塊楔緊，鋼架底腳置于牢固的基礎上，為保證鋼架能架設在穩固的地基上，施工中在鋼架基腳部位預留0.15～0.2m原地基，架立鋼架時挖槽就位，并在基礎上放置槽28的槽鋼以增加基底承載力，架立時垂直隧道中線。鋼架密貼圍巖與錨桿焊接牢固，鋼架之間設置縱向連接筋，環向每米1根22的螺紋鋼。在分部開挖時，鋼架拱腳位置設置22的鎖腳錨桿，鎖腳錨桿長度6m，數量4根，下半部開挖后，鋼架及時接長，封閉成環。鋼架架立后盡快噴射混凝土作業，并將鋼架全部覆蓋，使鋼架與噴混凝土共同受力，噴射混凝土分層進行，每層厚度5～6cm左右，先從拱腳(墻腳)處向上噴射以防止上部噴射料虛掩拱腳(墻腳)不密實，造成強度不夠，拱腳(墻腳)失穩。

2.3.5 噴射混凝土

朋山隧道噴射混凝土設計為C25耐腐蝕纖維混凝土，采用濕噴工藝。在噴射混凝土作業時，C25耐腐蝕纖維混凝土在洞外由混凝土拌合站拌和，混凝土攪拌運輸車向洞內送料，空壓機供風。施工工藝見《噴射混凝土施工工序圖》。

噴射混凝土施工工序圖

原材料的選擇:P.O42.5級普通硅酸鹽水泥;細度模數為2.5～3.0的中砂，潔凈質硬;粒徑為5～10mm的碎石，要求級配良好;速凝劑為山西永紅速凝劑;改性聚酯纖維。

濕噴混凝土參考配合比:水泥:砂:碎石:水=1:2.11:1.73:0.43，速凝劑的摻量為水泥用量的4%。

施工工藝:混凝土噴射機安裝調試好后，在料斗上安裝振動篩(篩孔10mm)，以避免超粒徑骨料進入噴射機。在受噴面布設噴混凝土鋼筋徑向鋼筋，作為噴射混凝土厚度標識。用高壓水或高壓風將受噴面沖洗干凈，而后即可開始噴射混凝土。

為提高工效和保證質量，噴射作業分片進行，可按照先邊墻后拱腳，最后噴射拱頂的順序。噴前先找平受噴面的凹處，再將噴頭沿螺旋形路線緩慢均勻移動，每圈壓前面半圈，繞圈直徑約30cm，力求噴出的混凝土層面平順光滑。

拱部和邊墻高處進行噴射混凝土時，送風之前先打開計量泵(此時噴嘴朝下，以免速凝劑流入輸送管內)，以免高壓混凝土拌合物堵塞速凝劑環噴射孔。送風后調整風壓，使之控制在0.45～0.7MPa之間，若風壓過小，粗骨料則沖不進砂漿層而脫落，風壓過大將導致回彈量增大。噴射壓力與噴射機械手調配適當，根據噴射儀表反饋的信息及時調整風壓和計量泵，控制好速凝劑摻量。

噴嘴與巖面的距離按規范執行，噴射方向盡量與受噴面垂直，拱部盡可能以直徑方向噴射。一次噴射厚度邊墻部為7～10cm，拱部為5～6cm，后層噴射時間在前層混凝土終凝后進行。施工時做好噴錨支護施工記錄。

噴射混凝土終凝2h后，進行灑水濕潤養護，時間不小于14d。

噴射過程中應及時檢查混凝土的回彈率和實際配合比。噴射混凝土的回彈率:側壁不應大于15%，拱部不應大于25%。

噴射完成后應檢查噴射混凝土與巖面粘結情況，可用錘敲擊檢查。當有空鼓、脫殼時，應及時鑿除，沖洗干凈進行重噴，或采用壓漿法充填。

初期支護表面應平整，無空鼓、裂縫、松酥，并對基面進行找平處理，平整度用2m靠尺檢查，表面平整度允許偏差10cm。

3 圍巖量測

現場監控量測是“新奧法原理”施工的三大要素之一，是復合式襯砌設計、施工的核心技術。朋山隧道按新奧法原理設計施工，施工中加強監控量測對準確判定圍巖的安全狀態、合理確定二次襯砌的施作時機非常重要。同時通過監測數據的反饋分析，可驗證施工設計的科學性和合理性，以及施工方法、支護方案的可行性，以便及時、準確地調整支護參數，修正施工方法及施工程序，確保施工安全。

3.1 量測的主要內容

3.1.1 量測項目、方法、設備及頻率

根據規范的要求，結合朋山隧道的具體工程地質及水文地質條件，量測項目按必測和選測兩部分安排，必測項目為洞內、外觀察、圍巖收斂、拱頂下沉，進行全隧道、全過程監測;選測項目為圍巖壓力量測。原則上僅在遇到斷層等不良地質時根據需要作出安排，借以更準確掌握圍巖的形變信息，作出更符合實際的分析和判斷，確保隧道結構及施工安全。

3.1.2量測斷面及測點布置

根據施工規范，不同的圍巖級別量測斷面間距不同。

圍巖斷面間距和每段面測點數量

圍巖收斂、拱頂下沉和地表下沉(淺埋地段)等必測項目應設置在同一斷面。在施工過程中，圍巖特性比較突出地段加設量測斷面，每種巖層必須設置至少一個量測斷面。

3.2 必測項目

3.2.1 圍巖收斂及拱頂下沉觀測

圍巖收斂及拱頂下沉觀測貫穿于隧道全長，收斂量測用精度0.1mm 收斂儀，拱頂下沉用精度1.0mm 水平儀和鋼尺進行。圍巖收斂、拱頂下沉量測應在開挖后12h 內得到初讀數，最遲不得大于24h，且在下一循環開挖前必須完成。測點應牢固可靠、易于識別，并注意保護，嚴防爆破損壞。圍巖收斂、拱頂下沉量測基點應與洞內、外水準基點建立聯系。

3.2.2 洞內、外觀察量測

根據《客運專線鐵路隧道工程施工技術指南》要求，在隧道施工過程中應進行洞內、外觀察，洞內觀察可分為開挖面觀察和已施工地段觀察兩部分。

(1)工作面觀察應在每次開挖后進行。觀察中若發現圍巖條件惡化，應立即采取相應的處理措施。觀察后應及時繪制開挖工作面地質素描圖。對已施工地段的觀察每天至少進行一次，主要觀察噴射混凝土、錨桿和鋼架的工作狀態。(2)洞外觀察重點應在洞口段和洞身埋置深度較淺地段，其觀察內容應包括地表開裂、地表沉陷、邊坡及仰坡穩定狀態、地表水滲透情況等。

3.3 監控量測管理

3.3.1 施工監測管理信息流程

根據隧道的地質條件、設計要求、開挖方式等制定監控量測方案。方案的內容包括:量測項目及方法、量測儀器的選擇、測點布置、量測頻率、數據處理等。監控量測作業根據監控量測流程進行。

3.3.2 資料的收集和管理

量測原始資料由量測工程師進行整理，并對整理后的資料進行匯總。

地質素描資料，將縱、橫剖面對應核對連接，形成隧道軸線工程地質縱剖面及圍巖分類圖。將開挖段觀測資料按對應里程、部位進行匯總。將圍巖收斂、拱頂下沉資料繪制成以時間(t)和位移U的關系曲線。

3.3.3 進行分析回歸，建立管理等級

在監控量測采集數據過程中，由于測量儀器存在誤差、外界環境影響，加之操作時的人為因素等，每次量測的數據都存在誤差，實測數值需經過一定的數學處理才能直接應用，因此數據處理顯得尤為重要。

(1)雙曲函數。

U=(你給的例子中給的公式)即==b+

令=，t=則 =b+at

這里系數a，b的求法步驟如下:(其中=，t=)(數值按照例子中給的)

求得上面的幾個值后則

相關系數r的求法

之所以求r是找r的值最接近1的，來判斷是選擇采用雙曲線公式，還是指數函數公式，還是對數函數公式。本例中雙曲函數求得的r值最接近1，所以采用雙曲線函數回歸公式求U。求出a，b后 ，并根據r值(把雙曲線，指數，對數的r值都算出來后比較，后面講對數和指數的算法)判斷選用雙曲線回歸公式后，就可以根據雙曲線回歸公式U=(你給的例子中給的公式)對應不同的T值求出U的回歸值U=，最后可以求出例子中的U平均，標準差S等。

(2)對數函數。

U=a+b/log(1+T)(你給的例子中給的公式)

令t=1/log(1+T)則U=a+bt

這里系數a，b的求法步驟如下:

求得上面的幾個值后則

相關系數r的求法

之所以求r是找r的值最接近1的，來判斷是選擇采用雙曲線公式，還是指數函數公式，還是對數函數公式，求出a，b后 ，如果根據r值判斷選用對數函數回歸公式，就可以根據對數回歸公式U=a+b/log(1+T)(你給的例子中給的公式)對應不同的T值求出U的回歸值U=a+b/log(1+T)，最后可以求出例子中的U平均，標準差S等。

(3)指數函數。

U=a€譭-(bT)(你給的例子中給的公式，不過我看不清楚是b/T，還是bT)令 = lny A=lnat=-T，則 = A-bT=A+bt

這里系數A，b的求法步驟如下:

求得上面的幾個值后則

由A=lna，知道a=eA

相關系數r的求法

之所以求r，是找r的值最接近1的，來判斷是選擇采用雙曲線公式，還是指數函數公式，還是對數函數公式，求出a，b后 ，如果根據r值判斷選用指數函數回歸公式，就可以根據指數回歸公式U=a€譭-(bT)(你給的例子中給的公式)對應不同的T值求出U的回歸值U=a€譭-(bT)，最后可以求出例子中的U平均，標準差S等。

對此需要用相關系數r 的值來衡量該方程與散點擬合是否最佳。相關分析是研究測試數據中 的比值關系，這僅是對一個散點而言，而許多散點其比值為

則相關系數r 為:

當相關r 愈接近1 時，回歸效果愈佳，回歸方程與離散點的擬合程度也就愈好。

3.3.4 曲線分析

由數據處理得到的位移與時間曲線，可以直觀地反映隧道的變形情況，同時可以從曲線相鄰點的切線變化預報隧道的變形趨勢。如果曲線上的相鄰點的切線變化很小，且與時間(t)軸線幾乎平行，則表明隧道的變形趨于穩定，且變形量很小，如圖(a)所示。如果曲線上相鄰點的切線變化很小，但與時間(t)軸夾角較大，則說明隧道正處于變形階段，并且夾角越大，變形越大，如圖(b)。這時就應加強對變形點的觀測，以便作進一步分析。如果曲線上相鄰的切線突然變化很大，即曲線上出現了拐點，就表明觀測點變形速度突然變大，如圖(c)所示。這時就應該把這一情況及時反映給現場技術人員，以便及時對該段加強支護，以防出現塌方。

3.3.5 根據位移變化速度判別

圍巖收斂速度持續大于1.0mm/d 時，圍巖處于急劇變形狀態，應加強初期支護系統。

圍巖收斂速度小于0.2mm/d 時，圍巖達到基本穩定。

在淺埋地段以及膨脹性和擠壓性圍巖等情況下，應采用其他指標判別。

3.3.6 根據位移時態曲線的形態來判別

當圍巖位移速率不斷下降時(du2/d2t<0)，圍巖趨于穩定狀態;

當圍巖位移速率保持不變時(du2/d2t=0)，圍巖不穩定，應加強支護;

當圍巖位移速率不斷上升時(du2/d2t>0)，圍巖進入危險狀態，必須立即停止掘進，加強支護。

3.3.7 朋山隧道出口量測關系曲線圖形式

3.3.8 地質素描及觀察

地質素描及觀察貫穿于隧道施工全過程，全范圍，由具有地質素描專業知識及技能、經過專業學校學習的地質員擔任，每次掘進循環后尚未進行噴射混凝土支護前，對掌子面及開挖周邊圍巖情況進行觀察記錄，對巖性進行判別，用羅盤儀、鋼尺等器具測量巖層的走向、傾角、厚度，描繪縱、橫剖面圖，測量巖層滲水量，及時填寫圍巖類別卡，對開挖地段的圍巖進行判定。此外，還必須每天至少對已開挖地段進行一次觀察，并詳細記錄觀測資料巖層或噴射混凝土有無開裂、剝落，鋼支承有無變形，有無滲漏水，已襯砌地段有無開裂等，每天觀察后，對資料及時整理，以便及時編匯地質素描圖及對施工進行反饋。

4 總結

在朋山隧道淺埋軟弱圍巖采用雙側壁導坑法施工過程中，積累了豐富的經驗，雙側壁導坑法支護雖然開挖斷面多，擾動大，初次支護全斷面閉合時間長，但每個小斷面都是在開挖后各自閉合的，在施工中間變形不大，以此使施工安全保證大大加強。圍巖量測技能在隧道施工中的的熟練應用，使得量測信息及時反饋并準確地引導隧道施工順利通過Ⅴ圍巖段，保證了在隧道施工過程中沒有發生一起塌方事故，為施工安全、質量提供了牢固基礎和有力保障。

參考文獻

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