高鐵隧道雙側(cè)壁導坑法工法研究與應用

高瑞宏 周超 邱凱杰

(四川工程職業(yè)技術(shù)學院，四川德陽618000)

隨著時代的進步和現(xiàn)代化城市的發(fā)展，近些年高速鐵路的規(guī)模和發(fā)展速度日益提升，社會也對其提出了更高的要求。而在高速鐵路具體施工中，隧道施工又是其中的重點內(nèi)容。雙側(cè)壁導坑法是隧道開挖的一種方式，屬于新奧法的一個分支，以新奧法基本原理為依據(jù)。因其對圍巖的擾動小、施工安全、隧道變形小、適合于洞口及中間穿越破碎帶施工，而被廣泛的采用。其中隧道變形規(guī)律及控制措施[1]是施工中必須要關(guān)注的要點。本文以京滬高速鐵路的鳳凰臺隧道、金牛山隧道為實例來研究雙側(cè)壁導坑法在隧道施工中的應用。

1 工程背景

金牛山隧道進口里程DK465+335，出口里程DK467+240,全長1 905 m，隧道內(nèi)為3‰和12‰的上坡，DK466+365～DK466+635設置豎曲線。隧道進口位于R=8 km的曲線上，其余位于R=9 km的曲線上。隧道位于丘陵緩坡，地形起伏較大，隧道最大埋深35.37 m。山坡自然坡度約15°～20°，種有果樹，坡頂新辟京福高速公路。

隧道進口為喇叭口式隧道門，出口為緩沖結(jié)構(gòu)洞門，主要涉及到土石明挖、石方洞挖、混凝土澆筑、噴混凝土施工。Ⅲ級、Ⅳ級圍巖開挖采用臺階法施工[2]、Ⅴ級(60 m)進口加強段、Ⅳ級(200 m)下鉆高速段開挖采用雙側(cè)壁導坑法施工。

鳳凰臺隧道進口里程DK455+980，出口里程DK457+148，全長1 168 m。隧道坡度為3.0‰的下坡，整個隧道位于R=7 km的圓曲線上。該隧道開挖斷面大，隧道內(nèi)輪廓均設計采用單洞雙線斷面[2]。

隧道進、出口均為喇叭口式隧道門，主要涉及到土石明挖、石方洞挖、混凝土澆筑、噴射混凝土施工。主要需穿越Ⅲ級、Ⅳ級地區(qū)、Ⅳ級加強圍巖部分的巖體開挖擬采用臺階法施工可以達到設計要求、Ⅴ級圍巖主要分布于本標段的洞口區(qū)域，因此洞口的加強段的開挖擬采用雙側(cè)壁導坑法施工[3]可以保證施工進度。

2 施工準備

隧道正式施工前必須進行超前地質(zhì)預報，主要是采用先進的地質(zhì)超前探測預報系統(tǒng)對即將施工的前方圍巖進行詳細的超前探測，通過探測結(jié)果仔細分析圍巖的各種性能指標，提前預判可能發(fā)生的施工隱患。

在進行隧道開挖施工過程中，應根據(jù)實際準確的施工設計圖繪制隧道在不同階段的土石方開挖施工草圖。在每個階段的施工草圖上應精確的對隧道中線以及水平控制樁進行精準放樣，并與實際施工現(xiàn)場放樣樁點進行對比檢查，出現(xiàn)偏差應及時進行修正。同時，在隧道施工過程中為避免超出或侵占標準界限，常規(guī)的做法是將隧道凈空擴大約50 mm，因此正式進行隧道開挖草圖設計及繪制時，應將隧道開挖的輪廓尺寸擴大50 mm，同時注意隧道底部不進行放大。而且還要根據(jù)工地的實際工況，結(jié)合施工規(guī)范要求，對于隧道四周預留足夠的初期支護變形量約100 mm～150 mm，所以在進行開挖草圖設計時，實際隧道開挖輪廓線還需要進行擴大100 mm～150 mm。

3 高鐵隧道施工工藝設計及控制

3.1 雙側(cè)壁導坑法設計

針對本工程隧道Ⅴ級圍巖特征，首先要將整體的隧道大斷面劃分成五部分區(qū)域分別施工。先進行斷面一側(cè)的施工，以此將隧道的跨度變小，同時劃分不同區(qū)域的隧道中部擬采用臺階法施工并出渣，可以滿足要求。初步設計的橫、縱斷面示意圖如圖1，圖2所示。

3.2 雙側(cè)壁導坑法工序控制

在金牛山的雙側(cè)壁導坑法具體實施中，必須要符合“弱量爆破、縮短進尺、加強支護、及早封閉、經(jīng)常量測”的原則進行隧道施工，在開挖過程中巖石質(zhì)地段主要采用弱爆破，輕型土方部分及破碎帶部分可以人工開挖輔助。

正式施工前應進行超前長管棚支護，利用注漿加固地層。開挖①部分，人工配合整修。導坑周邊初始采用噴射混凝土封閉巖石，隧道洞身先進行錨桿施工，并在其上密掛鋼筋網(wǎng)，然后在支護措施上安裝格柵鋼架和臨時鋼架，再進行復噴混凝土至設計厚度。頂部錨桿施工危險，也沒有錨固點，故不宜設置[4]。在隧道斷面①部分完工后保持一段安全距離，再進行②部分開挖，必要時需人工配合整修斷面形狀。在隧道導坑的周邊的初期支護，需要初噴40 mm厚混凝土對巖面進行封閉，施作洞身錨桿，掛鋼筋網(wǎng)，安裝格柵鋼架和臨時鋼架復噴混凝土至設計厚度。

在高鐵隧道實際施工中，應每天收集監(jiān)控測量的數(shù)據(jù)，并對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及結(jié)果進行分析，直至測量數(shù)據(jù)結(jié)果顯示初期支護變形已經(jīng)收斂并保持穩(wěn)定后，方可對臨時格柵鋼架的中部進行拆除。在隧道仰拱部分的混凝土施工應利用仰拱棧橋進行仰拱混凝土的填充。然后再利用襯砌模板臺車對拱墻進行整體一次性灌注，這樣可以保證拱圈的施工質(zhì)量。

3.3 雙側(cè)壁導坑法工程效果分析

在金牛山及鳳凰臺隧道整體開挖完成并支護完成時，應及時事先埋設好監(jiān)控量測控制點，進行實時變形監(jiān)控的量測工作。所有監(jiān)控量測控制點的初始參數(shù)測量應在12 h內(nèi)獲得數(shù)據(jù)，特殊情況不超過24 h的最低限值。對收集到監(jiān)控量測數(shù)據(jù)應馬上進行整體數(shù)據(jù)的整理分析并形成報告，現(xiàn)場工程師及施工技術(shù)人員應根據(jù)監(jiān)控量測反饋的信息，正確指導正在進行的隧道施工。實際施工中建議預留變形量、合理調(diào)整隧道側(cè)壁支護參數(shù)，為施工方法的改進和優(yōu)化提供技術(shù)依據(jù)，最終提高工程質(zhì)量。

在本工程的隧道洞口雙側(cè)壁導坑法施工后，整體圍巖變形、洞頂下沉量很小，在控制允許范圍之內(nèi)。設計安全保證了施工的安全環(huán)境。工序前后銜接順暢，施工速度快，可保證施工質(zhì)量與施工進度。

4 結(jié)語

通過工程實踐及現(xiàn)場雙側(cè)壁導坑法施工，想要達到設計的施工質(zhì)量標準要求及保證進度符合工程特點，達到最優(yōu)化的工程效果，應在以下方面進行關(guān)注與改進：

1)次隧道的循環(huán)進尺，應首先進行控制點的測量放樣，超欠挖后果很嚴重應嚴格控制。組織測量人員對測量控制點及時、定期進行量測，并復核數(shù)據(jù)。在施工中隧道底部的下沉、上鼓以及其他外力導致地面產(chǎn)生不均勻變形或施工人員、機械的碰撞等原因都會對測量控制點造成損害，應提前采取保護措施。隧道成型后應檢測、保證隧道邊墻、仰拱或底板等部分的地基承載力滿足設計要求[5]。如隧底出現(xiàn)軟弱地基應按標準地基處理方法進行處理，并能保證施工質(zhì)量符合規(guī)范設計要求，工況地質(zhì)復雜的隧道底部開挖前應請專業(yè)技術(shù)人員進行施工工藝的設計，保證施工的安全、質(zhì)量、進度。

2)各類型工況不同，采用雙側(cè)壁導坑進行隧道施工時，不同的地質(zhì)條件實際開挖高度、寬度應根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析、計算確定，選用施工設備的型號不同，施工參數(shù)也應進行調(diào)整。但不同的區(qū)塊設計寬度不得超過隧道開挖斷面寬度的0.33。順序進行的后階段開挖的初期支護應采用噴射混凝土進行封閉，必要時可以在隧道底部修筑臨時仰拱以保證施工順利進行。分布于斷面的兩側(cè)導坑的縱向間距應保持安全距離，以15 m～25 m為宜。順序施工中與仰拱的間距不可以太大，一般不超過60 m。

3)側(cè)壁導坑法的斷面設計的中隔壁主要起臨時支護的作用，將隧道進行分隔、起支撐作用，使得開挖斷面“減小”，保證隧道斷面整體穩(wěn)定性，也使荷載傳遞合理。因此在雙側(cè)壁法施工中對于爆破的用藥量必須嚴格控制，以免對中隔壁的穩(wěn)定性造成影響，土石方開挖及進洞的同時應關(guān)注中隔壁的強度、變形變化，必要時要采取補強措施，確保其中間支撐強度，這是保證本工藝施工成功的關(guān)鍵。