双侧壁导坑法在浅埋大跨径隧道施工中的应用
时间：2022-08-22 08:48:27
摘要：结合合福铁路安徽段站前四标三分部杨山隧道的施工实践，介绍杨山隧道进口穿越浅埋软弱围岩地段，在进洞施工过程中遇到的难点及施工技术措施，着重阐述双侧壁导坑法在隧道施工中的施工要点及程序。
1 工程概况
1.1 工程简介
安徽合肥至福建福州铁路客运专线是合肥至福州铁路客专是沟通华中与华南地区的一条大能力客运通道，也是北京至福州再到台湾的高速铁路的组成部分。杨山隧道位于安徽省铜陵县钟鸣镇境内，长2244m，设计为单洞双线铁路隧道，最大开挖断面积为152.4m2。隧道进口段DK149+226~DK149+365段为浅埋偏压段，构造及岩性接触带，采用双侧壁导坑法施工。
1.2 工程地质和水文情况
隧道区属丘陵地貌。地形起伏大，山顶标高261m，地形北陡，坡度45°左右，南缓，坡度35°左右，植被十分发育，多为树林、灌木和竹林。隧道进口段设计岩层表层为Qel+dl粉质黏土，褐黄色，硬塑；下部伏P1g灰岩，青灰色，岩体较完整，岩质坚硬。地下水为孔隙潜水，较发育；F1断层：发育于P1g灰岩中，裂隙发育，岩石破碎，稳定性较差，地下水主要为构造裂隙水，预测最大涌水量为189m3/d，属中等富水区。特别是F1断层，压性层间断层，破碎带宽60m，带内为灰岩强风化块，节理裂隙发育，岩体浅埋偏压、软弱破碎、稳定性极差，对施工产生了极大影响。
2 施工难点
①F1断层，压性层间断层，破碎带宽60m，带内为灰岩强风化块，节理裂隙发育，岩体软弱破碎、浅埋偏压、地下水发育于一体，给隧道施工带来了很大的影响。
②围岩松散软弱，自稳能力差，在施工过程中，明洞段开挖防护的边仰坡及洞顶地表发生开裂，裂缝宽度最大达到22mm。
③地下水丰富，使围岩处于饱和软化状态。当连续降雨后，土层中水含量更加丰富，使粘土软化处于可塑状态，工作面土体自稳能力变得极差，从而使得沉降收敛值过大。
3 施工处理措施
3.1 处理方针
①根据杨山隧道进口段的围岩特点及施工过程中出现问题及难点，在对设计文件、现场勘察、超前地质预报及监控量测等资料分析研究后，确定该隧道施工加固处理原则为：提高围岩自稳能力，加强支护，确保隧底地基承载力满足设计要求，确保施工安全和运营安全。
②遵循"管超前、少扰动、短进尺、强支护、早封闭、勤量测"的施工原则，做到快速开挖、快速支护、初支仰拱及时封闭成环，仰拱衬砌紧跟。
3.2 技术措施
①采用双侧壁导坑法施工V级软岩浅埋F1断层破碎及其影响带（DK149+226~DK149+365）。该工法将开挖断面化大为小，边开挖边支护，有利于工作面稳定。
②由于施工地段围岩主要为松散破碎岩土体，采用小型挖掘机开挖配合人工修边的非爆破开挖方法，以尽可能降低施工对围岩的扰动，并严格控制超欠挖。
③调整开挖进尺，设计进尺为1.2m，调整为每榀0.5m。
④做好超前支护。DK149+266~DK149+326段，采用洞口/ 159超前长管棚注浆加固加固。管棚长60m，环向间距0.3m，外插角1~3°；DK149+326~DK149+365段采用洞身/ 108超前长管棚+/ 42超前单层小导管注浆加固。长管棚纵向间距10m,环向间距0.4m，小导管纵向间距1.5m。超前小导管纵向间距3m，环向间距0.4m。
⑤调整初期支护系统结构形式，以稳定围岩，减小围岩侧压力。原设计采用Ⅰ22a工字钢，间距60cm，间距调整为50cm。
⑥及时增设及加强临时横撑，根据已开挖段变形观测，地表最大沉降达到160mm,拱顶最大沉降已达到60mm，1、3临时横撑（Ⅰ18轻型工字钢）、临时支护钢拱架（Ⅰ18轻型工字钢）在施工过程中变形严重。将初期支护钢拱架间距由60cm/榀变更为50cm/榀。将1、3临时横撑及临时支护钢拱架调整为Ⅰ22a工字钢。临时支护侧增设钢筋（HPB235/ 6,20cm*20cm）。
⑦超前中空注浆锚杆。在导坑侧壁上，采用/ 25超前中空注浆锚杆进行注浆固结，以稳定工作面。锚杆长4.5m，间距0.4m。
⑧暗洞DK149+266~DK149+310段隧底采用/ 89小导管注浆加固，提高地基承载力，满足设计要求。暗洞DK149+266~DK149+310段采用/ 89小导管注浆加固，小导管长度10m，纵、横向间距均为1.5m*1.5m梅花型布置。明洞段DK149+229~DK149+266段采用CFG桩加固，1.6m*1.6m正方形布置。
4 双侧壁导坑法的施工程序
4.1 施工要点
①根据该隧道开挖工作面易坍塌的特点，将设计8部工序调整为10部工序进行开挖，即②、④部各分成两小部。双侧壁导坑工法工序横断面见图，相邻两部开挖保持2~3m间距。
②开挖后利用围岩较短的自稳时间，立即对掌子面喷射8cm厚混凝土，并快速施作初期和临时支护，及时封闭成环。
③⑤部和⑥部开挖时，采用预留核心土上弧形小导坑开挖，待初期和临时支护完成后，再挖除核心士。
④下部开挖作业时，应注意上部支护的稳定，减少对上部的扰动和破坏。
⑤控制拱（墙）脚位移，做好钢架锁脚措施，每处拱（墙）脚采用2根长5m/ 50mm钢管锁定，钢管与钢架采用U型钢筋连接。
⑥每部开挖支护完成后，立即布设监控量测点。监控点按5m一处设置。当位移速率值增大时，应立即加强初期支护并封闭仰拱。
⑦施工过程中，每次拆除临时钢架的长度不超过6m ，以确保施工安全。
⑧初支快速成环封闭、仰拱跟进，二衬及早施作。
⑨该工法分部多，作业面多且狭小，大型机械无法施工，相互影响较大，进行统一组织协调，确保各工作面平行作业，互不干扰。
4.2 作业程序
4.2.1 ①利用上一循环架立钢架施做隧道侧壁导坑超前支护（长管棚、超前小导管、超前中空锚杆）。②开挖1部(包括人工、机械开挖，下同)，每循环进尺1榀，掌子面喷8cm厚混凝土封闭。③施作1部导坑周边的初期和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立Ⅰ22a的洞身钢架及Ⅰ18的临时钢架，并设置/ 50锁脚钢管，在台阶底部设置Ⅰ22a钢架临时横撑，台阶底部和竖向临时钢架间及时喷射10cm混凝土封闭。④复喷混凝土至设计厚度（28cm）后钻设径向锚杆。
4.2.2 ①滞后1部3m开挖2-1部，每循环进尺1榀，掌子面喷8cm厚混凝土封闭。②施作2-1部导坑周边的初期和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立Ⅰ22a的洞身钢架及Ⅰ18的临时钢架，并设置/ 50锁脚钢管，台阶底部和竖向临时钢架间及时喷射10cm混凝土封闭。③复喷混凝土至设计厚度后钻设径向锚杆。
4.2.3 ①滞后2-1部2m开挖2-2部，每循环进尺1榀，掌子面喷8cm厚混凝土封闭。②施作2-2部导坑周边的初期和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立I22a的洞身钢架及I18的临时钢架，并设置/ 50锁脚钢管，台阶底部和竖向临时钢架间及时喷射10cm混凝土封闭。③复喷混凝土至设计厚度后钻设径向锚杆。
4.2.4 滞后1部4m开挖3部，施作导坑周边的初期和临时支护，步骤及工序同1。
4.2.5 滞后3部3m开挖4-1部，施作4-1部导坑周边的初期和临时支护，步骤及工序同2。
4.2.6 滞后4-1部2m开挖4-2部，施作4-2部导坑周边的初期和临时支护，步骤及工序同3。
4.2.7 滞后4-2部10m开挖5部，预留核心土环形开挖。喷8cm厚混凝土封闭掌子面。导坑周边初喷4cm 厚混凝土，架设拱部Ⅰ22a钢架;复喷混凝土至设计厚度后钻设径向锚杆。
4.2.8 滞后5部1m开挖6部。预留核心土环形开挖,步骤及工序同7。
4.2.9 滞后6部3m开挖7部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
4.2.10 滞后7部3m开挖8部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面。导坑底部初喷4cm厚混凝土，导坑底部安设Ⅰ22a钢架闭合成环，复喷混凝土至设计厚度。
4.2.11 重复4.2.1-4.2.10部施工步骤。以上各部开挖时，每循环进尺1榀，完成初期和临时支护后，再继续开挖掘进。
4.2.12 逐步拆除临时钢架及横撑，及时灌筑Ⅸ部仰拱混凝土。
4.2.13 浇筑Ⅹ部填充混凝土。
4.2.14 根据现场情况或变形收敛后，利用衬砌台车一次性灌筑Ⅺ部拱墙二次衬砌。
5 实施效果评价
双侧壁导坑法的实际应用，提高了围岩的自承能力，延长了围岩的自稳时间，为后续的支护创造了条件。通过洞内及洞外的监控量测，各项量测结果均满足设计及规范要求。
6 结束语
①大跨径浅埋软弱围岩隧道，应提高支护刚度，同时支护体结构与强度设计，应与加固围岩、提高围岩自承能力相结合，与围岩变形及强度相匹配。施工中应超前支护与锚喷支护紧密结合，超前长管棚、超前小导管、超前锚杆等均应与型钢钢架连成整体，才能更好的发挥支护作用。
②隧道施工工法的使用，应以超前地质预报及监控量测数据指导施工，并适当及时的调整其施作形式，对隧道施工安全和进度有着及其重要的促进作用。浅埋大跨径隧道采用双侧壁导坑法施工，宜尽量创造条件，尽可能减少开挖扰动，利于围岩稳定。在隧道施工中，采用机械开挖，人工配合修整，避免采用爆破，从而有效地较少了围岩的扰动。
③严格做好监控量测工作，监控量测是隧道施工组织设计的重要内容，必须纳入施工工序管理。及时的量测和反馈，为施工提供了围岩稳定性、支护可靠性、二次衬砌合理施作时间及支护参数调整、施工方法改变的信息和依据，从而确保了隧道施工安全和工期要求。
