浅谈双侧壁导坑法在浅埋大跨度隧道中的应用

浅谈双侧壁导坑法在浅埋大跨度隧道中的应用

王瑞强

中铁六局集团广州工程有限公司  广东广州 510110

摘要：双侧壁导坑法施工主要在浅埋大跨度隧道、软弱围岩隧道、地铁、海底隧道、水底隧道和沉降要求特别严格的地下工程等较差地质隧道中广泛应用。双侧壁导坑法先开挖隧道一侧导坑，初期支护封闭成环后开挖另一侧导坑，两侧导坑初期支护及临时支护完成后，再分台阶开挖中部剩余土体的隧道开挖施工方法。

关键词：隧道施工；双侧壁导坑；锚杆；喷射工艺；监控量测

0引言

在隧道施工的实践中，基于对地质条件与机械设备状况的深入分析，以及严格遵循隧道设计的要求，已归纳出多样化的开挖方式，以适应不同的工程需求。这些方法涵盖了全断面开挖、台阶分部开挖、单侧壁开挖以及双侧壁开挖等多种施工技术。特别是对于浅埋大跨度隧道和地质条件极为复杂的工程，双侧壁导坑法很好的解决了开挖的安全性问题，且结构简单，安全可靠，拆装方便、灵活，效益显著。

1工程概况

新建阳春至信宜（粤桂界）高速公路土建8标大旺垌2#隧道位于高州市大坡镇，起讫里程Z5K71+708～Z5K72+420，长712m，其中Ⅴ级围岩278m，Ⅳ级围岩170m，Ⅲ级围岩256m，明洞8m，最大埋深91m。隧道出口洞口段围岩主要为全风化-强风化片麻状花岗岩，呈土状或节理裂隙发育，岩体较破碎，多呈碎块状，隧道埋深浅、自稳能力差，侧壁顶部易产生坍塌，开挖时，多以面状滴水为主，雨季时可能出现雨淋状渗水，岩体稳定性差。该洞口段设计为V级围岩复合衬砌,采端墙式洞门，开挖工法为双侧壁导坑法。

2双侧壁导坑法施工工艺

双侧壁导坑法施工工序较为复杂，其作业内容为测量放样、开挖、初喷、立钢架、超前支护、挂钢筋网、打锚杆、复喷、防排水及衬砌施工。

2.1洞身开挖

（1）施工作业顺序

1）主洞长管棚超前注浆或超前小导管注浆预支护；

2）左侧导洞上台阶开挖、初期支护（图示①区域）；

3）左侧导洞下台阶开挖、初期支护（图示②区域）；

4）右侧导洞上台阶开挖、初期支护（图示③区域）；

5）右侧导洞下台阶开挖、初期支护（图示④区域）；

6）主洞上部开挖、初期支护（图示⑤区域）

7）主洞中部核心土、下部开挖，主洞下部初期支护（图示⑥、⑦区域）；

8）拆除临时侧壁（隧道同一断面初期支护施工完毕，各项监控量测数据趋于稳定）。

隧道洞身双侧壁导坑法开挖工序示意图

（2）施工注意事项

①施工过程中应严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”的18字原则；

②导坑采用上下台阶开挖时，上台阶超前下台阶间距5～10m，每个循环开挖进尺不应大于1品拱架间距；下台阶仰拱每个循环开挖进尺长度不得大于3m，严禁分幅施工；二次衬砌应及时施作；二次衬砌距掌子面距离≤50m；

③侧壁开挖后，中央部份实际处于悬空状态，这部份围岩经开挖已扰动过二次，中部开挖方法不当，易导致临时壁墙破坏。为此应弱爆破、强支护、勤量测。

④由于分多次开挖，应加强断面测量工作，防止超欠挖，并配合出碴进行断面检查，清除欠挖，处理危石。  

⑤侧导洞初期临时支护钢拱架应在主洞初期支护钢拱架闭合且变形稳定之后，根据监控量测信息，一次拆除长度部得大于15m，并加强监控量测。根据监控量测结果综合分析，适时施做二次衬砌；

⑥施工过程中，应根据监控量测点的变化数据、超前地质预报等数据及时调整初支的预留变形量值、开挖方式和修正支护参数，以确保施工安全。

2.2初期支护

（1）初喷混凝土

隧道开挖后应及时初喷封闭围岩，厚度宜控制在2～5cm。

（2）立钢架

拱架设计：主洞采用I22b钢拱架，拱架间距50cm；导洞支护采用I18钢拱架，拱架间距50cm。工字钢架按设计在加工厂集中加工成型，在初喷射混凝土后架设，架设完后再喷射混凝土。钢拱架间纵向设有连接筋连接，连接筋环向间距1m，钢架间以喷混填平。安装钢架时，拱脚需放在牢固的基础上，确保稳定性；拱架垂直安装于隧道中线，确保拱架间距满足设计要求；若钢架和围岩之间间隙过大时用喷混凝土进行喷填。

（3）超前支护

导洞支护超前支护采用Φ50小导管支护，小导管单根长4.0m，环向间距40cm，α=12°；洞口段超前采用管棚支护，进洞后（考虑5m搭接）采用Φ50小导管支护，小导管单根长4.0m，环向间距40cm，α=12°。

①小导管采用直径50mm热扎无缝钢管，壁厚5mm，管节长度4.0m，端头削尖处理，按15cm间距交错设置直径8mm注浆孔，尾部0.5m范围内钢管不设置注浆孔。小导管注浆压力一般控制在0.5至1兆帕，且在注浆过程中逐渐增加注浆压力。当地下水较大时，将水泥注入玻璃溶液中。水泥浆水灰比1∶1，水泥浆与水玻璃体积比1：0.5，水玻璃浓度35°Bé。

②注浆结束标准：注浆压力逐步增加，直至达到设计终压（建议为1.0MPa）并持续保压注浆10min以上；有一定的注入量，且与设计的注浆量接近，结束注浆时的进浆量一般孔子在20～30L/min以下；

③一旦隧道注浆段的注浆孔全部注满后，就需要对注浆效果进行检查和评价，如果效果不合格就需要补充钻孔注浆。检查方法包括对注浆过程中的记录资料进行综合分析，检查注浆压力和注浆量的变化是否合理，以及是否符合设计要求。通过比较浆液注入前后地层声波速度的差异来评估浆液的渗透程度。可以通过观察隧道挖掘情况来直接检测注浆的质量，进而调整注浆参数。

④为了确保小导管安装的方向准确，可以在钢架上进行钻孔定位，使小导管从钢架的中部穿过，然后与钢架焊接在一起，在进行施工时必须保证灌浆的质量。

（4）挂钢筋网

导洞支护采用Φ8钢筋网片（单层），在钢筋加工厂集中加工制作成型。在初喷混凝土及系统锚杆完工之后安装钢筋网片，确保钢筋网片与初喷面密贴，保证混凝土保护层的厚度符合设计要求。网片与网片间、锚杆间要焊接牢固。钢筋网搭接长度应控制在1～2个网格范围内，并且与锚杆或其他固定装置牢固连接，应与锚杆或其他固定装置连接牢固。

（5）锚杆支护

根据设计图纸，衬砌类型为Ⅴa初期支护采用Φ25mm，L=4.0m中空注浆锚杆防护；导坑支护锚杆采用Φ22mm药卷锚杆，L=2.5m。

施工要点：

①根据围岩开挖实际情况，结合设计图纸和施工规范要求确定孔位、孔深和倾角。

②锚杆、注浆材料进行规定的试验和检查，在确认其质量基础上使用。

③施工前要选择相同地质条件地点进行拉拔试验，从而确认可以获得足够的锚固力。

④锚杆原则上按设计图所示布置方式布设，锚杆孔确认所规定的孔数、位置、长度、方向及孔径。施工时在现场遇到局部节理、裂缝等情况而加以变更，长锚杆在靠近掌子面处无法垂直于隧道壁设置而变更布置方式，确认其与原定布置的作用相同。

⑤施工中注浆材料的计量、混合等要认真进行管理，并确认锚固材料沿锚杆全长填充饱满。

⑥锚杆长度包含工作长度和设计的锚固长度。锚杆施作后采用闪光焊将锚杆接头焊接在钢筋网片上，使其与网片连接成一整体。

（6）复喷混凝土

导洞支护C25喷射混凝土厚度为22cm，主洞支护C25喷射混凝土厚度为28cm，初喷及支护措施施工完成后采用湿喷机械手复喷至设计厚度。

1）喷射前准备：

①拱架等支护经检验合格后方可进行喷射混凝土复喷。

②作业区场地应平整稳定，风、水、电准备就绪，湿喷机就位之后先进行试运转。

③遇到受喷面有涌水、渗水或潮湿的岩面时，应根据具体情况采取处理措施：发现小股水或裂隙渗漏水时，可以先进行岩面注浆或安装导管引排，然后再进行混凝土喷射；对于大量涌水情况，应先进行注浆封堵后再进行混凝土喷射；在湿润的岩石表面施工时可以使用添加外加剂和掺合料来提高混凝土的粘结性以保证工程质量。

2）喷射作业：采用“三喷二刮一扫面”喷射工艺

“一喷”开挖完成后进行初喷，对局部超挖部分进行回填，初喷后整体效果达到立架轮廓基本平顺。

“二喷”钢架外侧翼缘板后范围喷锚，喷嘴与受喷面的距离宜为0.6～0.8m，喷头与岩面夹角宜为 90°，将钢架、网片背后喷填 密实，确保无空洞。

“一刮铲”拱架背后及超挖部分喷锚回填过程中及时清除聚集在钢架上的喷锚料，避免喷锚料凝固后不易清除而鼓包；同时剔除拱脚喷锚回弹料，防止拱脚混凝土堆积。

“三喷”钢架空间范围内喷锚，自下而上，分段、分层续喷至钢架表面，喷嘴与受喷面的距离宜为 0.8～1.2m，喷头与岩面夹角宜为 70°～90°，环向喷射采用喷头摆动，纵向喷射采用喷头摆动或臂架伸缩，喷嘴连续、缓慢移动。钢架所在空间喷填密实，确保钢架部位喷锚密实、无空洞。复喷混凝土保证初支面大面平整，喷嘴与受喷面的距离宜为 1.0～1.5m，喷头与岩面夹角宜为 80°～90°。

“二刮铲”喷射过程中采用机械刮刀及自制加长铁锹清除初支表面局部凸出混凝土，防止喷锚混凝土凝固后不易清除，有效避免局部不平整现象。复喷混凝土最后利用湿喷机械手臂架作为平台，人工拿自制加长铁锹进行精修，确保拱架及周边大面平整。

“一扫面”进行全面扫面喷射，喷嘴与受喷面的距离宜为 1.3～1.5m，喷头与岩面垂直，控制喷头移动速度，喷射过程中喷头柔和旋转摆动；对局部凹坑进行补充喷锚，同时消除精修痕迹，达到初支表面平顺、平整。

2.3洞身衬砌施工

二次衬砌采用全断面整体钢模衬砌台车、混凝土搅拌运输车运输、泵送砼灌注，振捣器捣固，挡头模采用钢模。混凝土左右两侧对称浇筑，防止钢模台车测压偏移。行走台车前完成钢筋、预埋件、预埋管等隐蔽工程的验收。

二衬台车浇筑工艺流程为顶平台主料斗通过主滑槽流向三通分溜槽，然后进入分流串筒,从分滑槽进入一级工作窗口，待一级工作窗口完成，关闭一级分溜槽，进行二级工作窗口，待二级工作窗口浇筑完成，关闭二级分溜槽进行三级窗口浇筑；三级工作窗口浇筑完成，关闭三级分溜槽进行四级窗口浇筑，待四级工作窗口浇筑完成，更换泵管进行分孔冲顶浇筑。

2.4施工监测

在隧道施工中，及时利用精密水准仪、收敛仪、全站仪、隧道激光断面仪对隧道断面、周边位移、地表沉降进行监控量测。

通过监测施工过程中的数据，及时了解围岩和支护结构的变化情况，分析整理数据，绘制不同形式的变形图，以指导施工工作，为调整支付参数和施工方法提供依据。

施工过程中的监测测量主要包括地质及支护观测、位移收敛、拱顶下沉以及地表下沉。通过对大旺垌2#隧道出口双侧壁导坑施工实时监测数据的分析，显示拱顶下沉最大为10毫米，位移达到最大收敛值8毫米，地表下陷最大为8毫米。

3资源配置及施工工效

双侧壁导坑法施工涉及由单工序作业逐步过渡到多工序平行交叉作业的过程。在此过程中，劳动力的配置也从单环布置逐渐转变为多循环布置。双侧壁导坑法施工作业工序较多，现场施工过程中需要精心组织，合理调配资源，做好工序衔接。

3.1现场劳动力组织

以大旺垌2#隧道出口右洞洞口段双侧壁导坑法施工过程为例，整个施工过程需83人，详见下表：

双侧壁导坑开挖劳动力布置

3.2主要机械配置

以大旺垌2#隧道出口右洞洞口段双侧壁导坑法施工过程为例，其主要机械配置为： PC55小型挖掘机2台，PC200大型挖掘机1台；装载机2台，自卸汽车3台；仰拱栈桥3副。 搅拌站1座供喷砼，砼自卸车3台，衬砌台车1个。 空压机4台；湿喷机2台（备1台）。作业台架1个，通风机1台。

3.3施工工效

由于该法工序较多，施工时应精心组织，各工种密切配合，搞好工序衔接。每循环作业时间基本在12小时左右，每天可完成2个循环， 每月可完成开挖30m。具体工序循环作业时间如下：

双侧壁导坑法开挖及支护工序循环时间一览表

4结束语

现场施工效果表明，双侧壁导坑法在浅埋偏压大跨度隧道施工中的有效的保证了隧道的施工安全、质量及施工进度。

与传统的短台阶法相比，双侧壁导坑法显著减少了地表沉陷，这在实际工程中具有重要的意义。由于减少了地表沉陷，该方法有助于保护隧道周围的土壤和岩石结构，降低对周围环境的破坏。同时，这种方法还能有效地控制施工过程中的变形，提高了工程的安全性。

尽管双侧壁导坑法在挖掘过程中面临分块多、扰动大、初次支护全断面闭合时间长的问题，然而每个分块在开挖后立即各自闭合的特性有助于有效控制施工过程中的变形。该方法的长处在于，它可以在确保工程安全的前提下，提升施工效率并缩短工期。

总体而言，双侧壁导坑法在浅埋大跨度隧道施工中的使用，不仅可以减少地表沉陷，提升工程安全性，还能通过精确的施工控制和有效的支护措施，确保施工过程顺利进行。这种技术在实践中的应用为类似项目提供了有益的借鉴和指导。

参考文献

[1]苗春雨 双侧壁导坑法在大断面隧道中的应用 建筑工程技术与设计 2017

[2]于磊 双侧壁导坑法在高速公路隧道洞口浅埋段的应用 散装水泥 2020

[3]任小勇 软弱围岩公路隧道施工方法 大科技 2018

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