大断面隧道双侧壁导坑施工工法及临时支撑拆除工法分析

2016-08-11汪卫华北京中铁诚业工程建设监理有限公司北京朝阳100020

低碳世界 2016年10期

汪卫华（北京中铁诚业工程建设监理有限公司，北京朝阳100020）

汪卫华（北京中铁诚业工程建设监理有限公司，北京朝阳100020）

双侧壁导坑法在开挖导坑时，由于导坑断面形状规则，接近于椭圆，使得其周边轮廓可以较好的传递应力，避免其过度集中，从而减少扰动围岩。本文简要介绍了隧道施工的相关知识，并以一个具体的隧道工程为例说明了双侧壁导坑施工工法和临时支撑拆除工法的工艺和流程。

双侧壁导坑法；隧道工程；临时支撑拆除工法

隧道工程对地质条件要求高，存在较多风险因素。施工之前，要对相关地质情况进行全面勘察，获得精确、可靠的基础地质资料，以便充分了解地质状况，采取有效措施规避风险。通常地质勘察资料包含的主要内容是地质构造、岩性及地貌地形等，进而划分即将进行施工的隧道类型。岩质隧道勘察重点是岩层相关构造机理，高度重视软弱结构面，充分掌握其密度等相关参数以及破碎程度和组合形式；而对于土质隧道而言，除了密度、成分、含水量等基本参数以外，还应关注其成因类型及结构特征，以此判断这些因素对隧道施工产生的影响，其中，对于边仰坡及洞口的影响是重点之一。在可靠的基础数据支撑下，进行综合分析，才能科学合理的进行隧道施工方法选择。

1　隧道施工知识概述

1.1双侧壁导坑施工法简介

根据围岩情况的不同，大断面隧道的施工可采用三种方法，分别是双侧壁法、三台阶法和CRD法。双侧壁法施工原理通过对隧道大断面的分割来实现，将其按照不同岩性及构造划分为数个小断面，各小断面单独施工，最后汇合形成大隧道。其优势是可以形成网状支护结构，小面积开挖可以充分发挥土层在短时间内所具备的自稳能力，进而在土体表面或是围岩周边构造薄壁支护，在支撑体系中中隔板与中隔壁可以起到一定受力作用，在沙层及粘性土层等结构相对较为松散的地质类型中该方法表现出良好的适应性。

1.2双侧壁导坑施工法的缺点和优点

当地表沉陷的要求非常严格，隧道跨度特别大，围岩条件很差，使用单侧壁导坑法无法控制围岩的变形时，可以采用隧道双侧壁导坑法。有实例表明，双侧壁导坑法引起的地表沉陷是短台阶法的一半，虽然该方法由于对断面进行进一步划分，导致开挖断面数量较多，进而对隧道周边区域形成较大的扰动，延长了整个断面初次支护的闭合时间，但是由于各小分割断面均独立施工，其闭合速度较快，因而很好的抑制施工中变形发展。双侧壁导坑法安全性更高，但是同时也就导致施工成本增加，施工速度也受到一定程度影响，这是其制约因素之一。

2　施工案例

2.1工程概况

四标坡录元隧道工程（云桂铁路广西段）总长度是11.926km，它的进口车站段是大断面隧道，长度为557m，净空尺寸为15.56m×20.24m。经过勘察，这个隧道主要组成部分是山岩夹泥岩，而且隧道的进口存在偏压，所以适合使用隧道双侧壁导坑施工工法。

2.2双侧壁导坑施工工法的施工工艺（见图1）

图1　隧道双侧壁导坑施工法的工序断面图

2.3隧道双侧壁导坑施工法的施工流程

①用超前小导管超前支护左侧导坑（右侧导坑）。②在坑的上部爆破（开挖）左侧导坑（右侧导坑）的上部。③用钢拱架、临时横撑和网片等支护左侧导坑（右侧导坑）的上部。④在坑的下部爆破（开挖）左侧导坑（右侧导坑）的下部。⑤用钢拱架、喷混凝土、网片进行左侧导坑（右侧导坑）下部支护成环，随之进行中槽拱部开挖。⑥进行中槽拱部的初期支护和左右Ⅱ的闭合。⑦进行中槽中部开挖（临时支撑），中槽下部开挖和中槽下部的初期支护，并闭合左右Ⅲ，最后拆除临时支撑的仰拱并填充二衬施工。

2.4隧道双侧壁导坑施工法技术总结

①开挖要遵循“弱爆——短、破进尺、强支——护、早——封闭、勤测量”的原则。②侧壁导坑的形状最好近似于椭圆形的断面，并且导坑断面的宽度最好是1/3的总断面宽度，根据经验，临时支撑里的槽跨度通常是4.2m左右，剩余的宽度由两侧均分，本工程中隧道设计的中间宽度是4.2m，两侧宽度都是7.6m。③双侧壁导坑应该超前中槽10～15m，可以独立同步地支护和开挖，按照图纸的要求，前后开挖的进尺要错开10～15m，中槽部位采用台阶法开挖最合适，并且要保持平行作业。④中槽部位和侧壁导坑应采用短台阶法进行开挖，各部的距离应该根据隧道的埋深、结构类型和断面大小来选取，各部在开挖后应该及时地进行临时支护和初期支护，并且尽早封闭成环。⑤中槽开挖以后，两侧壁钢架和拱部钢架的连接是施工过程中的难点，所以在进行两侧壁导坑的施工时，钢架的位置要准确定位，并确保各部的钢架在架设连接后位于同一垂直断面中，还要避免使钢架发生扭曲。⑥人工开挖或小炮开挖要严格控制它们的装药量，①②③部开挖时，要依照超前支护的施工间距，利用上一循环中的侧壁小导管进行超前支护。⑦完成钢架施工后，还要进行锁脚锚杆的施工（长度4.5m，两根，角度分别为45°和20°）。

2.5中槽开挖工艺

由于施工高度比较高，场地狭小，在进行中槽开挖时不能使用常规的台车进行开挖，要使用挖机纵向边挖边退出渣，还要考虑边坡是否平顺，是否有利于施工人员上下行走（见图2）。

中槽开挖的工艺流程是：第一，开挖①部，然后挖机退行出渣到③部。第二，顶部拱架安装和喷锚。第三，开挖②。第四，挖机退行出渣到③部，对外出渣并修好顺坡。第五，开挖③部，挖机出渣和拆除临时钢架。

图2　中槽开挖工序断面图

中槽开挖时，上台阶的施工高度应该控制在人的高度所能及的范围之内，并且要有利于安装；下台阶和中台阶施工的进尺长度应该一致，只有这样才能形成流线型的顺坡，有利于施工；中槽施工之前，左右导坑都要向前推进30m（至少），才能符合中槽开挖长度的要求，形成顺坡的坡率是1：0.3。

3　隧道双侧壁导坑施工中的临时支撑拆除工法

临时支撑是为保障施工安全采取的必须措施，但是其拆除工作也存在一定的难度，其主要原因是：①高度大不利于施工。本工程属大高度隧道，断面开挖的高度达到15.56m，因而机械拆除为临时支撑拆除的主要手段，大型机械在隧道内转向控制难度很大；②隧道跨度大。临时支撑的拆除会导致周边岩层应力变化，在这种大跨度隧道中，其拆除工作要充分考虑周边岩体应力平衡，这会在很大程度上会导致施工进度缓慢；③安全风险大。高空作业中，机械周边无足够位置配置作业平台，而只能在搭建简单支架用作人工操作平台，安全措施难以措置；④破坏施工成品。拆除临时支撑时，临近仰拱面填充面等已基本完成施工，拆除支撑掉落的拱架及岩块等重物会导致其损坏，需要另行采取补救措施。

临时支撑拆除工法的工艺流程可以按照以下步骤进行：清除端头板处混凝土→切割竖向支撑端头板及横撑→移除临时竖向支撑→清理拱架、岩块等掉落物→进行隧底开挖→仰拱回填施工。

临时支撑拆除工法相应技术要求有以下几点：①临时支撑的拆除要求依据监控量测数据结果来进行，在确认临时支护已经完全稳定后方可拆除；②为保障拆除安全性，单次拆除支撑超出长度需保证在设计要求10m以内，本工程综合考虑各影响因素，实际拆除长度为7m；③初期临时支护过程中，挂网喷混凝土覆盖端头板，拆除工作开始后首先要进行端头板混凝土清理；④高空作业对操作人员素质有严格要求。切割过程中横撑两头必须同时割断，如未同步完成则容易出现挑头造成安全事故，危及操作人员生命安全；⑤挖机作业人员需要具备足够从业资质。因为挖机要清理钢架上附着的混凝土，过程十分精细，在移除竖撑时也需要具备很高的操作技巧，否者极易因空间相对狭窄造成人员伤亡及工程事故发生。