淺埋偏壓大斷面隧道掘進工藝的改進及應用

李世貴，趙 恒，任 仁，程 灝

（貴州高速公路開發總公司，貴州 貴陽 550004）

隨著國民經濟的不斷增強，高速公路及鐵路穿越高山峽谷，尤其是一些地質條件比較復雜的地區，對公路和鐵路的線性要求越來越高，隧道斷面尺寸大小及曲率半徑都要求更加和諧，設計標準不斷提高。21世紀是隧道及地下工程大發展的世紀，對新奧法施工的理解更要與時俱進[1]，對各種工法要靈活運用，選擇時需要考慮施工條件、圍巖條件、隧道橫斷面積、埋深、工期、環境條件等[2]。雙側壁導坑法是新奧法中的一種，施工時必須要堅持“四項準則”[3]。

隨著公路鐵路不斷向地形起伏較大的山區發展，隧道施工中的雙側壁導坑法也得到廣泛、成功應用[4～6]，在實施過程中也對其支護類型進行設計優化[7～8]。本文從雙側壁導坑法的基本特點出發，深刻理解其使用條件，根據隧道實際情況，對其進行必要改進和優化，成功運用在龍頭山特大斷面隧道施工進洞中。

1 雙側壁導坑法的基本概念及適用條件

先開挖隧道左右兩側的導坑，并進行初期支護，必要時施加臨時橫撐或斜撐，再分部開挖剩余部分的施工方法。

適用條件：a）單線或雙線隧道Ⅳ級圍巖，有預支護、預加固（超前注漿錨桿、注漿小導管）措施的Ⅴ、Ⅵ級圍巖；b）地下水狀態：有滲水或股水現象；c）大斷面隧道施工進洞時，對于圍巖自穩能力較差或沒有的，左右導坑不得一次性開挖完，應按上下臺階分部開挖，并做好臨時支護。

雙側壁導坑法施工工序示意圖見圖1。

如圖1所示，雙側壁導坑法主要分為以下10個步驟：①左（右）導坑開挖；②左（右）導坑初期支護；③右（左）導坑開挖；④右（左）導坑初期支護；⑤上臺階開挖；⑥上臺階初期支護，導坑隔壁拆除；⑦下臺階開挖；⑧仰拱初期支護；⑨仰拱超前澆筑；⑩全斷面二次襯砌。

圖1 雙側壁導坑法工藝簡圖

2 龍頭山大斷面隧道工程概況

2.1 隧道地形地質條件

隧道地處瘦狗嶺斷裂和文沖斷裂交接部位附近，進出口段多為含水量較高的第四系坡殘積黃色粘土以及全強風化花崗巖，結構松散，穩定性差，無支護時極易坍塌，且進口左線還存在40m長的淺埋偏壓現象。隧道洞口現場地形地質概況見圖2。

圖2 隧道洞口地形地質概況

2.2 隧道斷面尺寸

龍頭山隧道橫斷面幾何尺寸為：隧道開挖最大跨度達21.47m，橫斷面面積達230m2。隧道周邊界限由4個不同半徑的弧線平滑圓順連接，隧道左線長1010m，右線長1002m，設計行車速度100km／h，是國內最長的上下行雙向分離式八車道特大斷面公路隧道。國內大斷面隧道斷面尺寸統計表見表1。

表1 國內大斷面隧道統計

3 龍頭山隧道施工進洞工藝優化改進

龍頭山隧道斷面較大，洞口存在偏壓現象，地質條件較差，主要為黃色粘土，含水量高，自穩能力差，完全按照雙側壁導坑法施工不能保證施工安全，尤其是左右導坑的開挖，綜合分析研究，考慮對以下幾個方面進行優化改進。

3.1 導坑上下臺階開挖

左右導坑按上下臺階分部開挖，并及時進行永久支護和臨時支撐。施工現場導坑上下臺階開挖情況見圖3。

圖3 導坑上下臺階開挖

3.2 對拉錨桿加固中央核心墻

從墻底到墻腰，對拉錨桿按梅花形進行布置，每棵錨桿端頭用高強度錨定板鎖住，墻臨空端面掛網錨噴封閉，使核心土與臨時支撐通過對拉錨桿加固形成一座具有支撐上部荷載的支撐墻，暫時支撐隧道拱頂上方荷載，然后根據監測數據的變化情況，待變形穩定后，運用人工或機械從拱頂往下逐級掏挖核心土，并及時對拱頂進行永久支護。現場隧道核心強對拉錨桿加固情況見圖4。

圖4 對拉錨桿加固后的核心土

3.3 調換核心土開挖與施作仰拱的順序

先行施作兩側的仰拱，然后對拱頂部位的核心土開始掏挖，并立即支護，讓整個隧道周界盡早閉合成環，使環形襯砌快速有效支撐圍巖壓力，防止松動圈位移不斷擴大引發坍塌冒頂事故。隧道仰拱施作與拱頂掏挖支護及建成后的龍頭山隧道分別如圖5、圖6所示。

圖6 仰拱施作與拱頂掏挖支護

圖7 建成后的龍頭山隧道

4 結論

通過對雙側壁導坑法基本概念的詳細了解，對各個工序特點及使用條件的分析，結合龍頭山隧道洞口淺埋偏壓段地質條件及隧道斷面尺寸，成功使用并改進了雙側壁導坑法施工工藝，通過典型工程實踐，主要得到如下認識和結論：

a）雙側壁導坑法施工步序必須根據實際地形地質條件及隧道斷面尺寸，選擇科學合理的工序進行開挖并及時支護，通過實踐，龍頭山隧道洞口段仰拱施作與拱頂核心土掏挖支護調換，左右側導坑按上下臺階分部開挖的工序是有利于圍巖穩定的；

b）龍頭山隧道洞口淺埋偏壓段采取臨時斜撐與臨時橫撐相結合，有效改善了隧道初期支護的受力條件，避免了隧道偏壓冒頂事故的發生；

c）大斷面隧道左右側導坑開挖完后，拱頂上部荷載全部集中作用在中央核心上，核心土受力十分不利，采用對拉錨桿及臨時鋼支撐加固核心土，使其成為一座具有較強承載力的核心墻，成功抵抗拱頂上部荷載，有效控制圍巖松動及變形；

d）大斷面隧道施工進洞必須充分依靠施工監控量測的數據，準確及時判斷圍巖的穩定狀態，待穩定以后方可開展下一道工序。

[1]王夢恕.對21世紀我國隧道工程建設的建議[J].現代隧道技術，2001，1（38）：2-4.

[2]馬科尼.雙側壁導坑隧道工法技術探討[J].重慶建筑，2006，（4）：50-53.

[3]王夢恕.給《隧道建設》編輯部的一封信[J].隧道建設，2003，23（4）：1-4.

[4]張兵兵.雙側壁導坑法在超大斷面隧道工程中的應用[J].價值工程，2012，（18）：51-52.

[5]官萬軼，李海峰.雙側壁導坑法在地鐵大跨度隧道施工中的應用[J].廣東土木與建筑，2003，（7）：47-50.

[6]李善英.雙側壁導坑法在黃土隧道軟弱段施工中的應用[J].青海交通科技，2008，（6）：51-52.

[7]吳占瑞，漆泰岳，唐進才.淺埋大斷面隧道施工工法優化分析[J].工業建筑，2012，42（8）：102-106.

[8]董新平.淺埋大跨度隧道施工中非均衡支護設計的影響分析[J].巖土工程學報，2012，34（6）：1148-1153.

[9]李世貴，丁文其，王曉形，等.龍頭山隧道施工監控量測總報告[R].上海：上海同巖土木工程科技有限公司，2007.

[10]李世貴，朱合華，蔡永昌，丁文其，等.龍頭山隧道科研監測與圍巖變形規律研究[R].上海：上海同巖土木工程科技有限公司，2007.