地铁车站双侧壁导坑法施工优化技术

摘要：以实际案例为依托，阐述双侧壁导坑法在岩层地区的大断面隧道施工过程中当采用钻爆施工时,实际存在的不利于施工安全和施工组织的弊端，并根据双侧壁导坑法的实际适用条件通过实践提出与本案例类似的大断面隧道施工工法优化的建议，以供参考。

关键词： 大断面隧道 钻爆法双侧壁导坑法优化中隔壁法

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

1前言

双侧壁导坑法，又称双侧壁导洞法或眼镜工法。属于新奥法的一个分支，以新奥法基本原理为依据，将大断面隧道分割成4~9个小隧道进行施工的方法，结合静态监测数据指导一线开挖及支护作业的信息化施工以减少对围岩的扰动，控制开挖面稳定，减少地面沉降等从而保证施工安全及地面构筑物安全。

随着社会的发展和需求，地铁建设将成为未来基建领域的重点之一，因此暗挖大断面隧道如雨后春笋般大量涌现，而目前解决大断面隧道掘进（如300㎡以上的隧道）的比较成熟且广为运用的方法即为双侧壁导坑法，在采用机械开挖的大断面隧道中得到广泛运用，并较好的实现了预期的目标。因此在业内出现只要是大断面隧道均套用此法的现象，在理论计算、设计中可行，而实际施工中因各自地质特点的区别在部分地区却难以执行的现象，出现了理论与实际的矛盾。本文以实际案例为依托阐述双侧壁导坑法在采用钻爆施工的岩层地区实际运用过程中出现诸多的问题。

2案例概况

本案例为较为普遍的标准单拱中间站点暗挖地铁车站：拱顶埋深约为45～49m。为深埋隧道，车站净宽度为18.396米，净高度为15.342米，开挖断面宽20.795m，高17.562m，马蹄形断面，断面面积306.81m2，1 0米岛式双层车站，采用暗挖钻爆法施工，设计规定工法为双侧壁导坑法施工步序如图1所示。二衬结构施工为先拱墙后仰拱，拱墙采用整体台车一次成型。

车站主体结构支护参数

图1-1主体隧道施工步序剖面布置图

图1-2主体隧道施工步序平、立面布置图

本车站位于构造剥蚀丘陵地貌上，地势稍高，第四系覆盖层厚度小，基岩大片出露，砂岩泥岩互层的陆相碎屑岩含水微弱，地下水富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，为大气降水和地面水体渗漏补给。一般情况下，第四系厚度小，覆盖少，含水微弱，地下水主要为第四系弱承压水及基岩裂隙水。；侏罗系的泥岩等为相对隔水层；侏罗系的砂岩为基岩裂隙水含水层。围岩主要为中等风化砂质泥岩，自然抗压强度12.7MPa，局部夹少量砂岩，围岩基本级别为Ⅳ级，岩层基本水平，无不良地质现象。

3 实际存在的问题及结论

3.1施工组织方面

（1）核心土上台阶开挖组织困难

根据设计，核心土上台阶即⑦部开挖后紧跟拱墙二衬施工然后进行中下台阶开挖，核心土上台阶开挖时两侧导洞已开挖完成，此时唯一通道于核心土上，首部开挖时借助防水台架可勉强解决人员上下开挖机具运输问题，而土方运输、排险均需要的机械设备（如装载机、挖机、渣车）和初支所需的拱架运输问题为施工组织难点，虽然可利用挖机将渣翻至底板后装渣运输，但挖机上下是必然，如图2示意。

图2-1主体隧道⑦部开挖示意图

（2）拱墙二衬施工与掌子面两侧导坑开挖作业并行期间运输困难

如图1所示，在此期间因防水台架、二衬模板台车存在，核心土两侧无法再通行车辆，运输极为困难。

3.2安全隐患方面

目前双侧壁导坑法成功推广的诸多案例中具有一个共同点即：在黄土、沙层、砂卵石层、Ⅴ级软弱围岩中可采用机械或人工开挖工法时可成功实现预期目标，而双侧壁法与钻爆法相结合便出现如下安全隐患。

（1）爆破施工对临时支撑的破坏

①，两侧导坑中下台阶松动爆破产生的部分飞石以及振动对临时横撑稳定性造成一定影响，轻微的如接头松动，严重的如横撑变形等。

②，核心土上台阶（第⑦部）爆破开挖对两侧临时竖向支撑的破坏。因第⑦部开挖时，因两侧已施工临时支撑且此时主体初支未形成整体临时支撑无法拆除，从而⑦部开挖无临空面无法采用松动爆破，只能选择掏槽爆破，在爆破瞬间产生较大的横向膨胀压力，临时竖向支撑易松动、脱落、变形，。此时两侧导坑已开挖至基底，临时支撑已封闭成环，在拱部初支未形成整体受力前如竖向支撑破坏造成双侧壁临时支撑系统主要功能失效，易出现两侧初支因自重产生向下位移并通过锚杆对围岩产生向下拉力（初支拉拱现象），若此时岩层层状明显或岩层倾斜存在偏压情况时便发生坍塌事件造成人员伤亡、财产损失，在类似工程实际施工中已发生此类事件。而双侧壁导坑法成功运用的关键在于此部开挖时临时支撑体系是稳固可靠的，在拱部初支连城整体后拆除临时支撑体系完成支撑转换进行二衬施工，若此时临时支撑体系提前失去支撑功能便不能取得双侧壁法应有的优势成果。 图2-2主体隧道⑦部开挖示意图

（2）同一里程拱部多次爆破加大安全隐患

中下台阶采用松动爆破对岩层扰动可以忽略，对安全影响不大，而在拱部双侧壁法需经过三次爆破，且三次爆破均需要采用掏槽形式，装药量、振动较大，拱部岩层受三次强力扰动势必加大岩层裂隙发育降低岩层整体性从而降低自稳能力而增加安全风险。

（3）爆破施工对核心岩柱的影响

核心岩柱在经历两侧六次爆破过程中，特别是在层状构造岩层中，经爆破排险后岩柱保留困难，勉强保留其有效岩柱并非规则一致且裂隙发育抗压能力降低。

3.3 结论

通过双侧壁导坑法广泛运用成功的案例结合本案例采用双侧壁法存在的实际问题不难得出：双侧壁导坑法采用以整化零、以大化小的理念将大断面隧道分割成4~9个小隧道施工，通过临时支撑体系维持暂时隧道稳定待拱部初支形成整体受力后拆除以实现换撑目的，然后紧跟二衬结构并预留核心土中下台阶保持掌子面稳定及防止仰拱隆起以保证隧道整体安全并严格控制沉降，此法在黄土、沙层、砂卵石层及Ⅴ级以上软弱围岩可采用机械或人工开挖的地层中施工时，整个施工过程临时支护不被扰动、破坏以及围岩完成性得到了最大限度的保存较好的实现了沉降控制以及隧道施工安全控制等目标，为此类大断面隧道施工的最佳工法，即双侧壁导坑法与机械或人工开挖相结合事半功倍，是成功的工法。

然而，在Ⅳ级以下较硬岩层中的310㎡以下的大断隧道施工中，无法采用机械或人工开挖时，即双侧壁导坑法与钻爆法相结合时，便如上文所述“增加对岩层的扰动次数使岩层整体性、自稳能力降低，最为关键的是临时支撑体系受到影响甚至破坏换撑目的难以实现”，如此双侧壁的优势便大大降低，大断面隧道施工安全风险不能更好的控制，因此双侧壁导坑法不适用于310平米及Ⅳ级围岩以下的采用钻爆法施工的大断面隧道。

4优化方案

以本文所叙类似案例为依托，本着以以整化零、以大化小的理念以及新奥法相关理论，以解决双侧壁导坑法与钻爆法施工相结合出现的种种相互制约因素为目标，以理论计算结合实践成功的经验总结出以下优化工法适合Ⅳ级以下较硬岩层中的310㎡以下的单拱大断隧道钻爆法施工。

4．1施工步序

开挖步序 步序示意图 说明

①

1、拱部采用超前小导管预支护；

2、开挖进尺控制在一拼拱架距离（0.5~0.8米），拱部初支一次成型并紧跟掌子面；

3、开挖高度不宜过高，中线拱高控制在6~7米内，开挖面积约80~100㎡；一次炸药用量可控制在60~80KG以尽可能的减少对围岩的扰动。

②

1、起拱线以上剩余部分开挖，左右错开10~15米，松动爆破。

2、开挖高度~2~3米；

③

1、中隔墙范围基础开槽浇筑C30混凝土硬化，深度0.3米，宽度3米并施做地锚，锚头制做螺纹并伸出混凝土面作为中隔墙安装连接锚固用；

2、安装中隔墙，中隔墙采用成型的型钢桁架（1.2m×1.2m）组合拼装，螺栓连接，顶部用钢楔子楔紧，隔墙两侧打设天锚限制隔墙摆动位移但并不刚性连接防止隔墙因意外沉降对拱顶产生向下拉力，桁架净间距1米；

3、可在型钢桁架中安装轴力计以及与拱顶接触部位安装压力盒配合拱顶沉降、收敛、锚杆轴力等监测数据综合判定隧道变形及稳定情况；

4、用成型型钢桁架组装成中隔墙目的在与安装、拆卸方便，随二衬与开挖速度可循环倒用，且其抗压、抗弯、剪强度高并利于监测内部受力变形情况。

后续施工步序 1、后续施工步序与双侧壁法相同；

2、因采用型钢桁架代替核心土上台阶岩柱作用，可有效降低核心土中下台阶宽度与高度，（本案例核心土中下台阶上口宽3.5米下口宽6米，高度8.4米，两侧台车行走轨道距核心土边缘可通行车道可达3.5米可解决设备通行问题。

4．2监测情况

第②部开挖初支弯沉后中隔墙施工前累计最大拱顶沉降 -10.35mmm、最大收敛 -4.943mm、锚杆轴力13 KN；中隔墙安装后至中隔墙拆除前时段内累计最大拱顶沉降 -4.436 mmm、最大收敛 2.119mm、锚杆轴力13KN、中隔墙最大压应力0.187Mpa；中隔墙拆除至拱墙二衬施工前的时段内累计最大拱顶沉降-2.072mmm、最大收敛-2.177mm、锚杆轴力13 KN；整个施工过程中累计最大拱顶沉降-16.959 mmm、最大收敛-9.134mm、锚杆轴力 13KN（并不在同一里程上）；设计要求“水平收敛不应大于30mm，警戒值为20mm；拱顶下沉不应大于20~40mm，警戒值为15~30mm（洞室小取低值，洞室大取高值）”。因此本功法在控制隧道变形计位移方面满足设计及规范要求。

5结束语

本文立足的实际实践依据为较为普遍的标准单拱中间站点暗挖地铁车站隧道，其断面面积为310㎡左右，因此本文所述观点适用于Ⅳ级围岩以下中的≤310㎡单拱大断面隧道，至于更大断面面积隧道当结合地质特点、理论计算等综合分析而选择工法。本文在双侧壁导坑法的基础上做局部优化以解决与钻爆法相结合相关问题其理论依据及施工原则均与双侧壁法相同，为类似工程提供借鉴。

参考文献：

1.《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）

2.《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）

3.《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999 ）

4.《爆破安全规程》（GB6722-2003）

作者简介：

吴秋良（1973-）男 重庆长寿人 重庆建工集团股份有限公司 高级工程师

苟千正 （1985-）男 四川平昌人 成都中铁隆工程有限公司 工程师