雙側壁導坑法在大跨度軟弱圍巖隧道的應用

廖巧玲　趙啟雄　戴軍

摘要：文章依托天峨（黔桂界）至北海高速公路（巴馬至平果段）2號隧道工程項目，介紹了大跨度軟弱圍巖隧道初噴工藝和雙側壁導坑法施工過程及工藝，并對施工過程中的控制要點進行總結，對臨時支護拆除技術進行優化，最后探討了工法體系轉化的可能性。結果表明：初噴工藝可以提高圍巖的自承能力;施工過程中一定要按照設計施工，保證隧道施工質量;對臨時支護拆除技術進行優化后可提高隧道結構的穩定性;采用上臺階雙側壁、下臺階全斷面開挖對施工進度有所提升，但施工安全穩定性具有一定的風險。

關鍵詞：雙側壁導坑法;大跨度軟弱圍巖;初噴工藝;臨時支護拆除技術;工法體系轉換

中圖分類號：U455.7

0 引言

隨著隧道跨度的增大，高度基本保持不變，導致隧道的高跨比減小，使隧道開挖后應力重分布差，表現為拱頂不穩定且存在較大的松弛地壓，對圍巖穩定和結構受力產生不利影響。而雙側壁導坑法作為大跨度軟弱圍巖段的主要施工工藝，是一項邊開挖邊支護的施工技術，其主要原理是將整個隧道分為左、中、右3個小斷面施工，先進行左右洞的施工，再進行中導洞的施工，最后拆除臨時支護形成一個完整的全斷面。其主要針對高跨比小、圍巖地質條件較差等情況，可有效降低隧道圍巖的沉降，因此，其對施工工藝要求極為嚴格。

近年來，關于雙側壁導坑法在大跨度隧道的應用廣受學者們關注。陳磊[1]介紹了雙側壁導坑法的施工特點及工藝原理，重點對其工藝流程、施工步驟及操作要點進行詳細論述，提出了施工注意事項;王訓[2]結合某工程案例，對大斷面單洞四車道隧道施工中采用的三臺階七步開挖工藝以及雙側壁導坑工藝進行了分析，總結了施工要點;Huang M等[3]采用有限元分析方法，對超大斷面隧道開挖過程進行有限元模擬，揭示了大斷面隧道開挖變形機理，并優化了相關施工技術;潘朝雄[4]以高速公路隧道Ⅴ級圍巖淺埋軟弱圍巖段為計算對象，針對雙側壁導坑施工工藝對施工方案進行優化，并對施工關鍵技術進行了設計和研究;史智超[5]以實際工程為例，分析了大跨徑隧道雙側壁導坑法施工過程及工藝，得出現場實際施工過程中應針對其優缺點進行合理規劃與設置，揚長避短，保證隧道施工安全。

目前，關于隧道雙側壁導坑法在施工前、中、后的整體性研究較少，所以本文以實際工程項目為背景，對其整體施工工藝進行分析、優化，為以后類似隧道施工提供一定的借鑒。

1 工程概況

天峨（黔桂界）至北海高速公路（巴馬至平果段）位于河池市及百色市，其中，百色市屬典型的三疊系地層，場地內巖性以泥巖為主，夾砂巖。本文以2號隧道為研究對象，其設計時速為120 km/h，雙向六車道，設計內輪廓凈寬為19.18 m、凈高為11.19 m。具體隧道信息如表1所示。

2 初噴工藝分析

初噴工藝能夠有效控制圍巖掉塊現象的發生，尤其針對砂巖及泥質砂巖等圍巖自穩能力差、較破碎的工況。在采用雙側壁導坑法施工前進行初噴工藝的施工具有一定的必要性。

為驗證初噴工藝要求的科學性，本研究在2號隧道出口左洞監測段落ZK7+045～ZK7+009針對性地布設兩個監測斷面，如圖1所示。該段圍巖等級均為Ⅴ級圍巖，監測時間均為40 d。于ZK7+035斷面出渣完成后即進行初噴，ZK7+030斷面出渣完成后不施作初噴。收集這兩個斷面沉降數據進行對比分析，監測結果如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3分析可知：進行初噴工藝施工斷面各測點的沉降累計位移和期末沉降速率相對未進行初噴工藝施工斷面的要小。其中，拱頂左測點累計位移差值達3.4 mm，拱頂中測點期末沉降速率差值達0.5 mm/d。這主要是因為初噴工藝可以幫助圍巖發揮和提高自承能力，防止巖體發生風化和松弛，從而可以減小掉塊現象和坍塌事故發生的可能性。因此，隧道開挖排險后應立即對巖面進行初噴混凝土施工，再進行初期支護。

3 雙側壁導坑法施工工藝及控制要點

3.1 雙側壁導坑法施工工藝

由于2號隧道出口左洞段屬淺埋施工區域，該處的地質以破碎狀為主，缺乏完整性與穩定性，因此采用雙側壁導坑法進行施工，并將其劃分為7個部分，按順序開挖。具體分布情況如圖4所示，施工流程如圖5所示。

3.1.1 右導洞施工

首先根據圖紙進行測量放樣，再進行區域（1）開挖，開挖后采用C25混凝土進行初噴作業，噴射厚度≥4 cm，然后進行鋼筋網、拱架及臨時支護的安裝，其中，鋼筋網型號為 8 mm，布置間距為20 cm×20 cm;拱架采用Ⅰ18型鋼，縱向間距為50 cm;臨時支護采用Ⅰ18工字鋼作為支撐鋼拱架結構。考慮到鋼拱架的穩定性要求，需在鋼架底部布設2根長為4 m、壁厚為3.5 mm的 42 mm無縫鋼管，作為鎖腳鋼管。最后再進行復噴混凝土施工，噴射厚度需達到28 cm，每循環施工進尺為1.5 m。

在區域（1）施工完成后，即開展區域（2）開挖。在區域（1）初噴混凝土施工后，邊墻施工階段需要進行注漿加固，其中，鋼管型號為 42 mm，長度為4 m，環、縱間距為1 m，在0.5 MPa條件下注入水泥漿，通過水泥漿的凝結作用，對圍巖進行有效加固。

3.1.2 左導洞施工

左導洞施工與右導洞施工工序一致，先進行區域（3）施工，再進行區域（4）施工。

3.1.3 中導洞施工

在區域（4）施工達9 m后，方可開展中導洞上臺階區域（5）的施工，其工序與區域（1）施工一致;待區域（5）施工進尺達兩個循環后方可進行區域（6）施工，工序與區域（1）施工一致;在區域（6）施工結束后且無質量問題，再按照區域（1）施工工序進行區域（7）的施工。

3.1.4 臨時支護拆除及工藝優化

在主洞型鋼與側導洞臨時拱架連接位置，設計采用M20高強螺栓進行連接，如圖6所示。遵循施工規范的要求，噴射混凝土需與掌子面密貼，有效控制圍巖松動變形，保證施工安全。但此做法由于高強螺栓全部被噴滿，不利于拆除，對臨時支護的整體拆除有較大的影響。且現場對連接位置直接使用炮機進行暴力拆除，導致拆除面平整度降低，部分位置噴射混凝土剝落開裂，有一定的安全隱患。

3.1.4.1 規范工藝

臨時拱架拆除要求布置變形觀測點對拆除前后進行監控，初期支護穩定后進行拆除，確保安全。鑿除噴射混凝土過程中，應逐榀鋼架自上而下進行。鑿除過程中，下方嚴禁行人機械通過。

3.1.4.2 工藝改進

預先在連接板位置對高強螺栓使用土工布進行包裹保護。在監控量測數據符合規范要求的基礎上，對連接位置預留不噴。后續拆除即可先拆除高強螺栓，再整體拆除臨時拱架。

對連接位置預留不噴，后續拆除即可先拆除高強螺栓，再整體拆除臨時拱架，拆除后連接位置的平整度較好。因此，對臨時支護拆除技術的優化具有一定的積極作用。

3.1.4.3 性能分析

針對上述工藝的改進，利用監控量測技術分別對兩種拆除方式進行監測數據對比，如表2所示。

由表2分析可知，連接位置預留不噴相比較于連接位置噴滿，累計位移及期末沉降速率數據都要偏小。這主要是因為如果直接滿噴再暴力拆除，會直接影響結構的整體性，使連接處受力不均勻。因此，采用連接位置預留不噴的方法無論從施工進度和施工質量來對比均要優于滿噴。

3.2 雙側壁導坑法施工控制要點

側壁導坑形狀近似于橢圓形斷面，結合現場施工圖紙得出以下施工控制要點：

（1）在采用雙側壁導坑開挖之前，導坑跨度宜為整個隧道跨度的1/3。

（2）施工中應注意左右導坑施工時應前后拉開距離≥15 m;導坑與中間土體同時施工時，導坑應超前30～40 m;各導坑上下臺階距離為5～10 m。

（3）支護的型鋼支架，需嚴格按設計位置預留孔，保證超前鋼管的打設支護。另外，輔助初支施工的混凝土預制墊塊等，需提前制作好，以保證隧道施工質量。

4 工法體系轉換

對采用雙側壁導坑法施工的隧道，根據現場開挖下臺階實際的基巖情況，取消下臺階臨時支撐，采用全斷面進行分幅開挖，盡早閉合仰拱鋼架，實現整個隧道斷面拱架成環，即先行導洞上臺階開挖→后行導洞上臺階開挖→中導洞上臺階開挖→下臺階分幅施工。

為驗證該工藝的可行性，本研究在2號隧道進口左洞監測段落ZK5+158～ZK5+207進行雙側壁導坑法施工，針對性地布設兩個監測斷面，測點布置與圖1一致。在2號隧道出口左洞監測段落ZK7+045～ZK7+009進行上臺階雙側壁、下臺階全斷面開挖施工，同樣根據圖1布設兩個監測斷面。其中，此兩段圍巖等級均為Ⅴ級圍巖，監測時間均為40 d。收集相關斷面沉降數據進行對比分析，同時對兩種開挖方式的施工進度進行統計，結果分別如圖7～8和表3所示。

由表3和圖7、圖8分析可知：

（1）在圍巖級別相同的條件下，雙側壁導坑法施工相比上臺階雙側壁、下臺階全斷面施工的日開挖進尺較小，最大差值為0.5 m/d。主要原因是由于雙側壁導坑法工序復雜，且技術要求較高。

（2）雙側壁導坑法施工相比上臺階雙側壁、下臺階全斷面施工的累計位移較小，期末沉降速率基本一致，最大位移差值為10.7 mm。由此可以認為，優化后的雙側壁導坑法相對來說施工進度有了一定的提升，但施工安全穩定性有一定的風險。

5 結語

（1）隧道開挖后應立即對巖面初噴混凝土，可以幫助圍巖發揮和提高自承能力，防止巖體發生風化和松弛，從而可以減小掉塊現象和坍塌事故發生的可能性。

（2）雙側壁導坑法施工過程中，一定要結合掌子面的結構特點，按順序開挖，支護材料嚴格按照設計要求檢驗，保證隧道施工質量。

（3）采用連接位置預留不噴的方法，對隧道結構的穩定性及施工進度有所提高。

（4）采用上臺階雙側壁、下臺階全斷面開挖方式對隧道施工進度有了一定的提升，但對施工安全穩定性有一定的風險。

參考文獻

[1]陳 磊.雙側壁導坑法在高速公路隧道進口段進洞施工中的應用[J].工程建設與設計， 2021（13）：184-186.

[2]王 訓.大斷面單洞四車道隧道施工工藝探討[J].交通世界， 2019（14）：107-108.

[3]Huang M， Xiao Z， Guo C， et al. IMPact Analysis of Double Side-Wall Pilot Tunnel Method and CD Method of Large Cross Section Tunnel Excavation[J]. Technology & Economy in Areas of Communications， 2016（4）：6770，74.

[4]潘朝雄.雙側壁導坑工法在隧道軟弱圍巖段施工中的應用[J].科技創業家， 2012（2）：21.

[5]史智超.大跨徑隧道雙側壁導坑法施工技術[J].西部交通科技， 2019， 143（6）：125-128.

作者簡介：

廖巧玲（1988—），工程師，主要從事公路工程橋梁與隧道施工技術管理工作;

趙啟雄（1995—），碩士，主要從事公路工程隧道施工技術管理工作;

戴 軍（1992—），工程師，主要從事公路工程隧道施工技術管理工作。