淺談雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在工程中的應(yīng)用

李金輝

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 概述

1.1 工程概況

穿黃隧洞進(jìn)口段位于隧洞進(jìn)口建筑物以北，根據(jù)所處位置分A、B兩洞（左側(cè)為A洞，右側(cè)為B洞），兩洞結(jié)構(gòu)形式相同。隧洞分兩期成型，一期結(jié)構(gòu)尺寸按滿足盾構(gòu)完成邙山隧洞掘進(jìn)后出邙山要求設(shè)計(jì)，二期結(jié)構(gòu)尺寸按隧洞過(guò)流要求設(shè)計(jì)。

穿黃隧洞進(jìn)口段長(zhǎng)35m，進(jìn)口底板高程103.527m，末端（堵頭處）底板高程102.62m，縱坡為4.91%。隧洞襯砌后斷面為圓形，進(jìn)口漸變段長(zhǎng)15m，洞直徑由11m漸變至9.4m，洞身段長(zhǎng)20m，直徑9.4m，兩段混凝土襯砌厚度均為0.8m，洞身段末端另設(shè)1m厚混凝土堵頭。

1.2 地質(zhì)情況

⑴ 地形地貌

穿黃隧洞進(jìn)口段位于黃河南岸邙山嶺，原始地表高程為165～170m，經(jīng)開(kāi)挖后形成150m、140m、130m、120m四級(jí)馬道，邊坡坡比分為1：0.7和1：1兩種，馬道寬度2～23m不等。

⑵ 工程地質(zhì)

根據(jù)招標(biāo)文件提供的地質(zhì)資料，結(jié)合我部在隧洞進(jìn)口區(qū)開(kāi)挖情況，隧洞進(jìn)口區(qū)地質(zhì)情況如下：

地層結(jié)構(gòu)上部為alQ3黃土（⑥層、⑦層），厚25.65m，淺層黃土具有弱濕陷性，隨深度的增大，濕陷性降低，具中等壓縮，抗剪強(qiáng)度較高，發(fā)育有垂直節(jié)理。

中下部為alQ3黃土狀粉質(zhì)壤土（⑨上、⑨-1、⑨夾、⑨-2、⑨下層），層厚 25.23m，其中⑨-1、⑨-2兩層為飽和軟黃土狀粉質(zhì)壤土，抗剪強(qiáng)度低。

隧洞圍土由Q3黃土狀粉質(zhì)壤土組成，夾有⑨-2黃土狀粉質(zhì)壤土軟層，強(qiáng)度較低；隧洞底部為alQ2粉質(zhì)壤土，土體致密，承載力較高，耐水性較好。

⑶水文地質(zhì)

隧洞進(jìn)口區(qū)地下水位約140m，高出隧洞底板約37m，圍土滲透系數(shù)為1.0×10-5cm/s～1.0×10-4cm/s，具弱透水性。

1.3 施工特點(diǎn)

⑴隧洞開(kāi)挖斷面超過(guò)120m2，且A、B洞凈間距僅約16m，施工難度大。

⑵漸變段頂部覆蓋層薄，屬淺埋黃土隧洞，對(duì)洞身變形控制要求高；

⑶洞身低于原始地下水位近40m，受地下水影響；

⑷穿黃隧洞與檢修通道交叉，存在應(yīng)力重分布情況。

2 隧洞開(kāi)挖及支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)挖斷面的確定

為確保隧道開(kāi)挖輪廓符合設(shè)計(jì)，應(yīng)做好預(yù)留量的考慮，根據(jù)鄭西客運(yùn)專線大斷面黃土隧洞及退水洞等類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，初步確定拱部預(yù)留20cm沉降量，水平每側(cè)預(yù)留10cm左右收斂量，底拱預(yù)留5cm施工偏差預(yù)留量。為方便開(kāi)挖控制及鋼拱架加工，把隧洞圓心高程統(tǒng)一抬高7.5cm，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)圓半徑按混凝土襯砌外圓半徑+12.5cm控制，如此，所有斷面拱部預(yù)留沉降量為20cm，拱部到腰線預(yù)留量從20cm漸變?yōu)?2.5cm左右，腰線到底拱預(yù)留量從12.5cm漸變?yōu)?cm。支護(hù)厚度考慮施工偏差，定為25cm，確定的開(kāi)挖斷面見(jiàn)圖2-1。

圖2 -1穿黃隧洞進(jìn)口段開(kāi)挖斷面圖單位：cm

2.2 開(kāi)挖方法選擇

大跨度軟巖隧洞的施工方法，主要有臺(tái)階法和雙壁導(dǎo)坑法、中隔墻法(CD法)，交叉中隔墻法（CRD法）等。考慮到穿黃隧洞進(jìn)口段重要性，而且洞身較短，經(jīng)建設(shè)各方討論決定，洞口段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，洞身段采用CRD法開(kāi)挖，工法轉(zhuǎn)換樁號(hào)根據(jù)實(shí)際情況確定。

2.3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

先進(jìn)行兩側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階開(kāi)挖，施做仰拱形成兩側(cè)封閉洞室，在上臺(tái)階布置垂直輕型井點(diǎn)輔助進(jìn)行下臺(tái)階降水。開(kāi)挖中洞上臺(tái)階，進(jìn)行拱部及仰拱支護(hù)，形成上半洞（在仰拱上布置輕型井點(diǎn)輔助降水）。根據(jù)下半洞降水情況進(jìn)行左右導(dǎo)坑開(kāi)挖及中洞下臺(tái)階開(kāi)挖（再次布置輕型井點(diǎn)降水），最后進(jìn)行仰拱開(kāi)挖封閉。

進(jìn)口第一段開(kāi)挖完成后，暫停開(kāi)挖，進(jìn)行混凝土襯砌（鎖口混凝土），開(kāi)挖掌子面須超前，預(yù)留安全坡度以穩(wěn)定掌子面，在混凝土施工同時(shí)，在上臺(tái)階進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)洞段管棚施工。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工順序見(jiàn)圖2-2。

圖2 -2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工順序圖

3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

3.1 施工流程

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝流程見(jiàn)框圖3-1。

3.2 施工方法

3.2.1 左（右）導(dǎo)坑上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)

⑴超前管棚

支護(hù)范圍拱部135°范圍。漸變段超前管棚采用Φ76鋼管，間距30～40cm，長(zhǎng)度15m，在洞口采用水平螺旋鉆機(jī)鉆孔，目前漸變段管棚已施工完成。

框圖3-1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工流程圖

⑵超前錨桿

在管棚支護(hù)范圍以外的洞周拱部及洞內(nèi)臨時(shí)導(dǎo)坑拱墻布置，采用Φ22～25鋼筋，長(zhǎng)度2～3m，間距20～40cm，采用風(fēng)鎬壓入。

⑶開(kāi)挖

拱部開(kāi)挖斷面為三角形，采用小型反鏟配合人工開(kāi)挖，開(kāi)挖時(shí)留核心土，充分發(fā)揮掌子面的約束作用，增強(qiáng)開(kāi)挖后的掌子面自穩(wěn)能力。每次開(kāi)挖1榀拱架間距，開(kāi)挖土裝小型農(nóng)用車運(yùn)至洞外或采用ZL30裝載機(jī)裝運(yùn)至洞外。

⑷支立鋼拱架

每次進(jìn)尺開(kāi)挖完畢后，即刻快速進(jìn)行鋼拱架支立，鋼拱架采用Ⅰ20a工字鋼彎制，分段加工，洞周拱架端部預(yù)留連接板，以便與下段連接。拱腳部位布置兩根Φ25鎖腳錨桿，錨桿外露部位采用U形筋與鋼拱架焊接。鋼拱架間采用Ⅰ16～Ⅰ20工字鋼焊接連接，洞周橫支撐間距1.0～1.5m，臨時(shí)結(jié)構(gòu)橫向支撐間距2m。

在下部拱架及仰拱未施工前，頂拱拱架的荷載會(huì)全部傳遞到拱腳土層上。為保證荷載合理傳遞，限制頂拱沉降，采用擴(kuò)大拱腳法，即在鋼拱架底部墊預(yù)制混凝土板或木板，擴(kuò)大基底受力面積。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，頂拱部位及時(shí)封閉尤為重要，圍土暴露時(shí)間務(wù)應(yīng)小于其自穩(wěn)時(shí)間，一般控制在3～4h以內(nèi)。

⑸掛鋼筋網(wǎng)片

采用φ8@20×20cm鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)掛設(shè)應(yīng)在鋼拱架與土體之間。其搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于10cm，與鋼拱架點(diǎn)焊要牢固。

⑹噴射混凝土

混凝土在洞外120馬道上采用350L混凝土攪拌機(jī)拌和，噴混凝土采用PZ-5B型混凝土噴射機(jī)進(jìn)行。

水泥采用合格的P.O.42.5普通硅酸鹽水泥。骨料：細(xì)骨料采用堅(jiān)硬耐久的中粗砂細(xì)度模數(shù)不小于2.5，含水率5%～7%；粗骨料用粒徑不大于15mm的碎石。外加劑速凝時(shí)間不低于5min，終凝時(shí)間不大于10min。

噴射混凝土采用“潮噴法”施工工藝，人工操作混凝土噴射機(jī)進(jìn)行噴射。水泥、砂、石、少部分水拌和成混合料，用三輪車運(yùn)輸?shù)絿娚洮F(xiàn)場(chǎng)，在噴射機(jī)攪拌槽進(jìn)料口對(duì)混合料進(jìn)行篩選，再次拌和后由壓縮空氣將混合料吹入送料管，在噴嘴處加水后噴射至受噴面。速凝劑在噴射機(jī)進(jìn)料口施加，每臺(tái)噴射機(jī)配置計(jì)量器具。在噴射過(guò)程中，噴槍同噴射面要基本上保持垂直，噴射距離一般為0.6～1.0m，噴射順序自下而上，噴槍操作使噴嘴呈螺旋形劃圈，圈的直徑約20～30cm，并使料流呈螺旋狀橫向移動(dòng)，每次噴層厚度5cm，噴射下一層時(shí)應(yīng)在上一層終凝后進(jìn)行，噴層間歇時(shí)間控制在15～30min。若終凝后1小時(shí)以上再次噴射，則需要高壓風(fēng)水沖洗前一層噴射混凝土層表面的乳膜、浮塵等雜物。

噴射混凝土分層進(jìn)行，每層厚度5cm左右，噴層總厚度要求達(dá)到20cm。

每安裝1榀拱架后，挖除核心土后部1榀拱架進(jìn)尺土體，施做臨時(shí)仰拱封閉。

3.2.2 中洞上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)

中洞上臺(tái)階高度較大，分兩層開(kāi)挖，首先開(kāi)挖拱部2m高范圍土體，每次一榀鋼拱架間距，留核心土，安裝頂拱鋼拱架與兩側(cè)導(dǎo)坑拱架對(duì)接，采用螺栓壓緊連接板，也可采用雙側(cè)縱向連接板焊接連接。下層開(kāi)挖高度與兩側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階平齊，采用小型反鏟開(kāi)挖，每次1～2榀鋼拱架間距，開(kāi)挖至底板后底板焊接橫撐，與兩側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階臨時(shí)仰拱對(duì)齊。

3.2.3 輕型井點(diǎn)降水

在上臺(tái)階及下臺(tái)階底板實(shí)施降水，采用輕型井點(diǎn)，根據(jù)開(kāi)挖進(jìn)尺向前推進(jìn)，具備條件后立即實(shí)施。上臺(tái)階左右導(dǎo)坑井點(diǎn)布置左右兩排，中洞布置兩排，距邊墻30～40cm，縱向間距0.8～1.0m，各排呈梅花形布置；下臺(tái)階左右導(dǎo)坑各布置一排，中洞布置兩排。井管采用Φ32.5～Φ48mm 鋼管，深度 5～6m，外傾 15°，底部 3m鉆花管，花管孔徑8mm，開(kāi)孔率不低于15%，外包100目濾網(wǎng)。輕型井點(diǎn)采用JSJ-60型真空泵抽水。

3.2.4 左右導(dǎo)坑下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)

開(kāi)挖高度4.5m，采用小型反鏟（0.2～0.5m3）開(kāi)挖，小型自卸汽車運(yùn)輸。雙側(cè)交錯(cuò)開(kāi)挖支護(hù)，先側(cè)墻，再中隔墻。每次開(kāi)挖進(jìn)尺原則為1榀型鋼間距（最多2榀），避免拱架同時(shí)懸空。每側(cè)開(kāi)挖完成后，盡快接長(zhǎng)鋼拱架，拱腳部位仍然墊預(yù)制混凝土塊及安裝鎖腳錨桿，然后掛網(wǎng)、焊接橫支撐（Ⅰ16～Ⅰ20，間距1.0～1.5m）、噴射混凝土。

噴射作業(yè)先從墻角向上堆噴，以防止上部噴射回彈料虛掩而不能密實(shí)，以致強(qiáng)度不足，造成失穩(wěn)；先將凸洼部分找平，然后噴射凸出部分，使其平順連接。噴射混凝土表面應(yīng)大體平整并呈濕潤(rùn)光澤，無(wú)干斑或滑移流淌現(xiàn)象。

3.2.5 中洞下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)

中洞下臺(tái)階左右邊墻已支護(hù)完成，主要為土方開(kāi)挖，采用小型反鏟（0.2～0.5m3）開(kāi)挖，小型自卸汽車運(yùn)輸。每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺2～3榀鋼拱架間距，每循環(huán)開(kāi)挖完成后，底部施做橫支撐（臨時(shí)仰拱）。

3.2.6 左右仰拱開(kāi)挖支護(hù)

左右仰拱錯(cuò)開(kāi)開(kāi)挖，由于空間較小，采用人工開(kāi)挖，手推車運(yùn)輸，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺1～2榀鋼拱架間距，每側(cè)開(kāi)挖完成后，盡快封閉鋼拱架，然后掛網(wǎng)、焊接橫支撐（Ⅰ16～Ⅰ20，間距1.0～1.5m）、噴射混凝土。

3.2.7 中部仰拱開(kāi)挖支護(hù)

采用小型反鏟配合人工開(kāi)挖，ZL30裝載機(jī)出渣，每次開(kāi)挖1～2榀鋼拱架間距，開(kāi)挖完成后，盡快封閉鋼拱架，然后掛網(wǎng)、焊接橫支撐（Ⅰ16～Ⅰ20，間距1.0～1.5m）、噴射混凝土。

3.2.8 仰拱開(kāi)挖支護(hù)

仰拱分左右兩側(cè)分別開(kāi)挖，先左后右，逐榀進(jìn)行。采用小型反鏟結(jié)合人工快速開(kāi)挖，完成后立即施作鋼拱架、中隔墻立柱、錨桿、噴混凝土等支護(hù)，左右形成封閉后，拆除下導(dǎo)洞臨時(shí)仰拱。

中隔墻及上導(dǎo)洞仰拱在開(kāi)挖完成后不予拆除，待混凝土襯砌完成后拆除，目的一是穩(wěn)定洞室，二是作為混凝土襯砌施工平臺(tái)。

4 安全監(jiān)測(cè)

監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及頻率見(jiàn)表4-1。

表4－1 穿黃隧洞進(jìn)口段監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及頻率表

量測(cè)中應(yīng)注意：

⑴ 為取得開(kāi)挖后圍土早期狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量靠近開(kāi)挖面布置（不大于2m）。

⑵ 周邊收斂、拱頂下沉及地表下沉各項(xiàng)測(cè)點(diǎn)集中斷面布設(shè)，以便量測(cè)成果的協(xié)調(diào)分析、綜合運(yùn)用。

⑶ 量測(cè)時(shí)，先把鋼尺拉出停放20min，以便使鋼尺溫度與環(huán)境氣溫相差達(dá)到基本一致。

⑷ 下臺(tái)階開(kāi)挖靠近上臺(tái)階量測(cè)斷面時(shí)，量測(cè)頻率應(yīng)適當(dāng)增加。

結(jié)語(yǔ)

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是大斷面軟巖隧道很有代表性的開(kāi)挖工法。把大斷面隧洞化整為零，大洞小挖，以監(jiān)控量測(cè)手段指導(dǎo)施工，控制初支結(jié)構(gòu)的拱頂沉降和收斂，確保開(kāi)挖洞室穩(wěn)定。先進(jìn)行兩側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階開(kāi)挖，施做仰拱形成兩側(cè)封閉洞室，在上臺(tái)階布置垂直輕型井點(diǎn)輔助進(jìn)行下臺(tái)階降水。開(kāi)挖中洞上臺(tái)階，進(jìn)行拱部及仰拱支護(hù)，形成上半洞（在仰拱上布置輕型井點(diǎn)輔助降水）。根據(jù)下半洞降水情況進(jìn)行左右導(dǎo)坑開(kāi)挖及中洞下臺(tái)階開(kāi)挖（再次布置輕型井點(diǎn)降水），最后進(jìn)行仰拱開(kāi)挖封閉。

[1] 張鐘祿.《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》編修工作協(xié)調(diào)會(huì)議[J].水力發(fā)電，1981(03).

[2] 王許雄.特大斷面水工隧洞不良地質(zhì)段開(kāi)挖與支護(hù)[A].鐵路長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)施工技術(shù)研討會(huì)論文集[C].2004.

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