淺埋偏壓大斷面隧道掘進(jìn)工藝的改進(jìn)及應(yīng)用

李世貴，趙 恒，任 仁，程 灝

（貴州高速公路開發(fā)總公司，貴州 貴陽 550004）

隨著國民經(jīng)濟的不斷增強，高速公路及鐵路穿越高山峽谷，尤其是一些地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)，對公路和鐵路的線性要求越來越高，隧道斷面尺寸大小及曲率半徑都要求更加和諧，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。21世紀(jì)是隧道及地下工程大發(fā)展的世紀(jì)，對新奧法施工的理解更要與時俱進(jìn)[1]，對各種工法要靈活運用，選擇時需要考慮施工條件、圍巖條件、隧道橫斷面積、埋深、工期、環(huán)境條件等[2]。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是新奧法中的一種，施工時必須要堅持“四項準(zhǔn)則”[3]。

隨著公路鐵路不斷向地形起伏較大的山區(qū)發(fā)展，隧道施工中的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法也得到廣泛、成功應(yīng)用[4～6]，在實施過程中也對其支護(hù)類型進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化[7～8]。本文從雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的基本特點出發(fā)，深刻理解其使用條件，根據(jù)隧道實際情況，對其進(jìn)行必要改進(jìn)和優(yōu)化，成功運用在龍頭山特大斷面隧道施工進(jìn)洞中。

1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的基本概念及適用條件

先開挖隧道左右兩側(cè)的導(dǎo)坑，并進(jìn)行初期支護(hù)，必要時施加臨時橫撐或斜撐，再分部開挖剩余部分的施工方法。

適用條件：a）單線或雙線隧道Ⅳ級圍巖，有預(yù)支護(hù)、預(yù)加固（超前注漿錨桿、注漿小導(dǎo)管）措施的Ⅴ、Ⅵ級圍巖；b）地下水狀態(tài)：有滲水或股水現(xiàn)象；c）大斷面隧道施工進(jìn)洞時，對于圍巖自穩(wěn)能力較差或沒有的，左右導(dǎo)坑不得一次性開挖完，應(yīng)按上下臺階分部開挖，并做好臨時支護(hù)。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序示意圖見圖1。

如圖1所示，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法主要分為以下10個步驟：①左（右）導(dǎo)坑開挖；②左（右）導(dǎo)坑初期支護(hù)；③右（左）導(dǎo)坑開挖；④右（左）導(dǎo)坑初期支護(hù)；⑤上臺階開挖；⑥上臺階初期支護(hù)，導(dǎo)坑隔壁拆除；⑦下臺階開挖；⑧仰拱初期支護(hù)；⑨仰拱超前澆筑；⑩全斷面二次襯砌。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工藝簡圖

2 龍頭山大斷面隧道工程概況

2.1 隧道地形地質(zhì)條件

隧道地處瘦狗嶺斷裂和文沖斷裂交接部位附近，進(jìn)出口段多為含水量較高的第四系坡殘積黃色粘土以及全強風(fēng)化花崗巖，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差，無支護(hù)時極易坍塌，且進(jìn)口左線還存在40m長的淺埋偏壓現(xiàn)象。隧道洞口現(xiàn)場地形地質(zhì)概況見圖2。

圖2 隧道洞口地形地質(zhì)概況

2.2 隧道斷面尺寸

龍頭山隧道橫斷面幾何尺寸為：隧道開挖最大跨度達(dá)21.47m，橫斷面面積達(dá)230m2。隧道周邊界限由4個不同半徑的弧線平滑圓順連接，隧道左線長1010m，右線長1002m，設(shè)計行車速度100km／h，是國內(nèi)最長的上下行雙向分離式八車道特大斷面公路隧道。國內(nèi)大斷面隧道斷面尺寸統(tǒng)計表見表1。

表1 國內(nèi)大斷面隧道統(tǒng)計

3 龍頭山隧道施工進(jìn)洞工藝優(yōu)化改進(jìn)

龍頭山隧道斷面較大，洞口存在偏壓現(xiàn)象，地質(zhì)條件較差，主要為黃色粘土，含水量高，自穩(wěn)能力差，完全按照雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工不能保證施工安全，尤其是左右導(dǎo)坑的開挖，綜合分析研究，考慮對以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

3.1 導(dǎo)坑上下臺階開挖

左右導(dǎo)坑按上下臺階分部開挖，并及時進(jìn)行永久支護(hù)和臨時支撐。施工現(xiàn)場導(dǎo)坑上下臺階開挖情況見圖3。

圖3 導(dǎo)坑上下臺階開挖

3.2 對拉錨桿加固中央核心墻

從墻底到墻腰，對拉錨桿按梅花形進(jìn)行布置，每棵錨桿端頭用高強度錨定板鎖住，墻臨空端面掛網(wǎng)錨噴封閉，使核心土與臨時支撐通過對拉錨桿加固形成一座具有支撐上部荷載的支撐墻，暫時支撐隧道拱頂上方荷載，然后根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況，待變形穩(wěn)定后，運用人工或機械從拱頂往下逐級掏挖核心土，并及時對拱頂進(jìn)行永久支護(hù)?，F(xiàn)場隧道核心強對拉錨桿加固情況見圖4。

圖4 對拉錨桿加固后的核心土

3.3 調(diào)換核心土開挖與施作仰拱的順序

先行施作兩側(cè)的仰拱，然后對拱頂部位的核心土開始掏挖，并立即支護(hù)，讓整個隧道周界盡早閉合成環(huán)，使環(huán)形襯砌快速有效支撐圍巖壓力，防止松動圈位移不斷擴大引發(fā)坍塌冒頂事故。隧道仰拱施作與拱頂掏挖支護(hù)及建成后的龍頭山隧道分別如圖5、圖6所示。

圖6 仰拱施作與拱頂掏挖支護(hù)

圖7 建成后的龍頭山隧道

4 結(jié)論

通過對雙側(cè)壁導(dǎo)坑法基本概念的詳細(xì)了解，對各個工序特點及使用條件的分析，結(jié)合龍頭山隧道洞口淺埋偏壓段地質(zhì)條件及隧道斷面尺寸，成功使用并改進(jìn)了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝，通過典型工程實踐，主要得到如下認(rèn)識和結(jié)論：

a）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步序必須根據(jù)實際地形地質(zhì)條件及隧道斷面尺寸，選擇科學(xué)合理的工序進(jìn)行開挖并及時支護(hù)，通過實踐，龍頭山隧道洞口段仰拱施作與拱頂核心土掏挖支護(hù)調(diào)換，左右側(cè)導(dǎo)坑按上下臺階分部開挖的工序是有利于圍巖穩(wěn)定的；

b）龍頭山隧道洞口淺埋偏壓段采取臨時斜撐與臨時橫撐相結(jié)合，有效改善了隧道初期支護(hù)的受力條件，避免了隧道偏壓冒頂事故的發(fā)生；

c）大斷面隧道左右側(cè)導(dǎo)坑開挖完后，拱頂上部荷載全部集中作用在中央核心上，核心土受力十分不利，采用對拉錨桿及臨時鋼支撐加固核心土，使其成為一座具有較強承載力的核心墻，成功抵抗拱頂上部荷載，有效控制圍巖松動及變形；

d）大斷面隧道施工進(jìn)洞必須充分依靠施工監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確及時判斷圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，待穩(wěn)定以后方可開展下一道工序。

[1]王夢恕.對21世紀(jì)我國隧道工程建設(shè)的建議[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2001，1（38）：2-4.

[2]馬科尼.雙側(cè)壁導(dǎo)坑隧道工法技術(shù)探討[J].重慶建筑，2006，（4）：50-53.

[3]王夢恕.給《隧道建設(shè)》編輯部的一封信[J].隧道建設(shè)，2003，23（4）：1-4.

[4]張兵兵.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在超大斷面隧道工程中的應(yīng)用[J].價值工程，2012，（18）：51-52.

[5]官萬軼，李海峰.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在地鐵大跨度隧道施工中的應(yīng)用[J].廣東土木與建筑，2003，（7）：47-50.

[6]李善英.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在黃土隧道軟弱段施工中的應(yīng)用[J].青海交通科技，2008，（6）：51-52.

[7]吳占瑞，漆泰岳，唐進(jìn)才.淺埋大斷面隧道施工工法優(yōu)化分析[J].工業(yè)建筑，2012，42（8）：102-106.

[8]董新平.淺埋大跨度隧道施工中非均衡支護(hù)設(shè)計的影響分析[J].巖土工程學(xué)報，2012，34（6）：1148-1153.

[9]李世貴，丁文其，王曉形，等.龍頭山隧道施工監(jiān)控量測總報告[R].上海：上海同巖土木工程科技有限公司，2007.

[10]李世貴，朱合華，蔡永昌，丁文其，等.龍頭山隧道科研監(jiān)測與圍巖變形規(guī)律研究[R].上海：上海同巖土木工程科技有限公司，2007.