市政淺埋大跨度隧道雙側壁導坑優化研究

吳明學

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

雙側壁導坑施工主要運用于Ⅳ、Ⅴ級軟弱圍巖，淺埋大跨度隧道。優先采用雙側壁導坑理論上提高了安全性、可靠性，但該工法工序繁瑣，工序銜接較多，限制性較多，造成質量、安全的不可控、不利因素也隨之增加，同時經濟性及施工效率遠比其他工法差得多。如何安全、優質、高效完成市政淺埋大跨度隧道施工，是值得不斷優化、總結、探索與研究的問題。

1 案例概述

柳州安泰路Ⅱ標項目位于柳州市柳東新區江濱居住生活區，南接安泰路Ⅰ標，北至官塘大道，道路長度約為1.020 km。道路等級為城市主干路，道路紅線寬度為45 m，雙向六車道，采用四幅布置。隧道A線長290 m：K5+470～AK5+760(明洞50 m)，隧道B線長270：BK5+475～BK5+745(明洞45 m)；隧道凈寬17.24 m(開挖寬19.5 m)，凈高8.9 m(開挖高13.0 m)，凈距13.7～18.3 m，埋深12～45 m。該隧道中間高兩頭低，全部為Ⅴ級圍巖，主要為泥質粉砂巖XS-Va、斷層破碎帶XS-Vb、硬塑狀黏土XS-Vc。該隧道設計采用雙側壁導坑法，設置臨時仰拱，預留變形量20 cm。

2 雙側壁導坑法施工原理、優勢與不足

施工原理：利用臨時支護把掌子面分為左、中、右三個導洞，左右每個導洞利用臨時仰拱又分為上下導坑，中間導坑分為上、中、下三導坑(也可以根據隧道施工高度分為上下兩個導坑)。施工順序按照先左導洞(右導洞)上下導坑，再到右導洞(左導洞)上下導坑，最后到中導洞上中下導坑，循環漸進開挖支護，循環漸進過程需控制好各導洞安全步距及仰拱、二襯與掌子面安全步距。導坑尺寸要設計合理，各導坑開挖步距要符合設計規范要求，以開挖一側導坑所引起的圍巖應力重分布的影響不致波及另一側已成導坑為原則[1]。詳見圖1。

圖1 雙側壁導坑工法施工示意圖

優勢：(1)利用臨時支護及臨時仰拱把大斷面隧道分為幾個小導洞，各個小導洞及時閉合成環受力，能有效控制沉降變形，地表沉陷僅為短臺階法(10～15 m)的1/2；(2)在淺埋、大跨度、軟弱圍巖隧道優先采用。

不足：(1)臨時支護及臨時仰拱綜合利用率低，左右導洞下臺階施工完成后需要回填洞渣作為棧橋搭設平臺和便道，后期又需要挖除，增加造價；(2)導洞增多，斷面變小，無法使用常規大型機械設備，效率低；(3)導洞接頭增加，接頭板連接處受沉降變形收斂影響質量控制難度大，存在連接不嚴密、線形不順等問題，處理不當易引發安全質量問題；(4)臨時仰拱、臨時支護拆除過程中受力體系多次變化，不可控因素較多，安全風險高；(5)臨時仰拱施工在使用大型設備時易產生破壞變形，對與之連接的臨時支護及初期支護形成拉力，對初期支護穩定不利，同時無法適用目前市場的常規先進掘進設備，達不到機械化減人目的，施工作業以人工為主，安全風險性較大。

3 雙側壁導坑工法優化思路及技術控制

工法優化思路：雙側壁導坑工法整體拱架閉合時間跨度長，左右導洞沉降變形導致中導洞拱架閉合質量差，主要原因為臨時仰拱及臨時支護制約了施工工序銜接。安泰路隧道最大埋深為45 m，為淺埋大跨度隧道，地應力較小(≤2 MPa)，但開挖跨度為19.5 m，開挖高度為13.0 m，圍巖應力分布為拱肩至墻腳應力最大，其次為拱頂，底部的應力最小[2]，因此，重點需要控制拱腰和拱腳處受力變形，保證支護和圍巖穩定。結合安泰路隧道實際情況及工法特點，綜合考慮質量、安全、進度因素，決定取消臨時仰拱，增加左右導洞上導坑拱腰處每榀拱架2根2.5 m長鎖腰錨桿，鎖腳錨桿直徑由原設計φ50 mm增加到φ60 mm，長度由原設計3.5 m增加到4.0 m，以控制沉降變形收斂；取消下導坑臨時支護，在上導坑臨時支護落腳處每側保留3 m寬原狀土及增加厚木板支墊拱架底部控制沉降變形收斂；上臺階左中右(1、2、3)導坑循環開挖閉合拱架，下臺階(4、5)導坑循環開挖支護落腳，仰拱施工緊跟臨時支護拆除及7導坑開挖。總體優化為上臺階雙側壁的兩臺階七部開挖工法，優化施工圖如圖2所示。

圖2 雙側壁導坑工法優化示意圖(mm)

工法優化技術控制：

(1)地質勘察報告及超前地質預報顯示無不良地質，隧道埋深≥2 D(D為隧道跨度)時采用第三方監控量測單位檢測并收集沉降變形等數據，滿足趨于穩定時累計沉降變形在設計預留變形量的1/4～1/3內且日沉降變形均≤5 mm/d條件，必要時可邀請專家組討論通過。安泰路隧道超前地質報告顯示無不良地質，中部約80 m長度達到埋深要求，滿足優化條件，同時監控量測滿足設計變形要求。

(2)現場調整控制上臺階開挖高度占總開挖高度的0.5～0.6，拱腳處初期支護拱架呈豎直狀態，有利于拱架整體受力，減少收斂變形，同時，有利于上臺階各導坑機械施工有足夠的安全施工空間。

(3)取消臨時仰拱及下導坑臨時支護，利用大型機械施工提高施工效率，輔以增加鎖腰錨桿、加大上臺階臨時支護底部鋼板及增加支墊木板、加大鎖腳錨桿直徑及加長錨桿，縮短整體初期支護閉合時間，提高拱架閉合質量。同時，仰拱閉合緊貼臨時仰拱拆除，如有必要采取導洞拱頂增加剛性連接等措施進行沉降變形控制。

(4)合理控制開挖工序，遵循“短開挖，勤量測，早封閉”施工原則，左(5)右(4)下導洞錯開落腳并超前需要拆除臨時支護3～5 m后，結合監控進行臨時支護拆除及仰拱閉合施工(每循環進尺控制3榀，拆除臨時支護及仰拱閉合需要加密觀測點及加密觀測)，每循環仰拱鋼筋混凝土澆筑控制在5～6 m內，確保初期支護及時受力控制沉降變形。

(5)嚴格落實超前地質預報及監控量測指導施工：隧道超前地質預報為詳細勘察資料進一步細化，為施工提供詳細指導，避免施工過程發生地質災害。隧道監控量測作為隧道施工不可或缺的工序，必須納入施工工序管理，必測項嚴格按照要求執行。如果位移的變化隨著時間的增長而趨于減小，說明該處圍巖處于基本穩定狀態，支護系統是可靠而有效的，如圖3所示中的正常曲線[3]，反之則為圖3中的非正常曲線。

圖3 時間-位移曲線圖

監控量測數據出現異常應及時上報，若出現初支嚴重開裂或有異響必須馬上組織人員撤離。通過監控得知，導坑的下臺階施工和臨時支護拆除時受力均有較大變化，沉降變形也有一個拐點，必須注重臨時支護拆除時的監控量測及安全防護工作。拆除臨時支護時，需以監控量測的數據為參考依據[4]，做好相關安全保障措施及應急措施。

安泰路隧道雙側壁導坑工法優化沉降變形收斂可控，沉降變形80%在10 cm內(設計預留變形量20 cm)，小部分在10～13 cm，整體可控，施工效率提升了約1/3，成本略有增加。

4 雙側壁導坑施工優化意見及建議

(1)通過優化超前支護形式確保掌子面開挖安全穩定，例如加大、加長超前小導管，或者調整為10～20 mφ108 mm管棚加3.5 mφ50 mm小導管形式，同時在土質圍巖慎用注漿加固等措施，可采取管內預先注漿形式。

(2)雙側壁導坑施工因中導坑爆破對臨時支護的破壞極大，因此盡量不采用爆破施工，必要時可采用弱爆破及控制爆破，增加水袋等措施減少爆破破壞。同時，爆破時對臨時支護采取便攜式臨時橫撐等加固措施。

(3)雙側壁導坑施工進尺為各施工工法中最慢的，石質圍巖(爆破施工)0.6～0.8 m/d，土質圍巖0.8～1.0 m/d。對此，制定合同工期要合理，避免以質量及安全

作為趕工代價。

(4)深埋隧道地應力較大產生軟巖大變形時可采取恒阻力預應力錨索NPR等措施代替常規系統錨桿進行沉降變形控制，避免因雙側壁導坑工法使導坑空間受限而無法按照設計進行施工所帶來的安全質量隱患。

5 結語

針對雙側壁導坑施工組織難度大、質量控制要點多及安全防控要求高的特點，需要做好管理力量、技術力量支撐及運用機械化、信息化作為支持，用科學的管理、先進的設備指導和優化施工。