侧壁导坑法在特大断面隧道开挖中的应用

2016-09-18项斌

西部探矿工程 2016年8期

关键词：导坑侧壁管廊

项　斌

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310005）

侧壁导坑法在特大断面隧道开挖中的应用

项斌*

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310005）

针对特大断面隧道开挖难题，并结合中海石油大榭石化管廊隧道现场施工，介绍隧道进口浅埋和Ⅴ级围岩段遇到的施工难点和施工技术方案，阐述了侧壁导坑法在对特大断面隧道开挖中的施工方法和施工程序，并对拱顶下沉量、周边收敛和地表下沉进行监测，结果表明：各监测值均满足规范要求，侧壁导坑法为隧道的后期支护提供了良好的条件，对类似工程具有一定指导意义和参照价值。

隧道；特大断面；浅埋；侧壁导坑法

随着我国经济建设的快速发展及土地资源的相对稀缺，在能源石化等工业建设领域开始利用地下空间，其不同于交通市政工程，具有断面大的特点，因其受力扁平，隧道开挖后会产生较高程度的应力集中，围岩自承能力较差［1-2］。因此，需要有科学的开挖方案，施工中通常采取分布小断面开挖、支护及时成环的方式来保障隧道开挖掘进的安全［3］。侧壁导坑法是目前特大断面隧道施工中常采用的方法，又称双侧壁导洞法或眼镜工法［4］。属于新奥法的一个分支，以新奥法基本原理为依据［5］，利用2个中隔壁把整个隧道大截面横向分成3个小截面施工，两侧导洞先行，中间截面紧跟其后（见图1）；前期支护成环形后，即可拆除两侧中隔壁，形成全断面。

图1　双侧壁导坑工法工序示意图

中海油大榭石化管廊隧道设计铺设各类管道70余根，隧道跨度大，地质条件复杂，其成功的修建对以后特大断面隧道施工有一定借鉴作用。针对浅埋与V级围岩段，设计采用双侧壁导坑法，并进行相应优化来确保安全、快速地完成隧道开挖，充分利用围岩的自稳能力，最大程度的保证施工安全。

1　工程概况

1.1周边环境概况

中海石油大榭石化管廊隧道位于宁波大榭岛，是大榭石化三期项目（总投资约150亿元）的控制性工程。隧道全长1359m，典型开挖断面228m2，宽19.4m，高14.3m，建成后净高10.5m，净宽17.1m。隧道进口位于太平村，紧靠民房，出口紧临交通干道环岛路，距道路约30m。整个工程施工环境复杂，施工过程的安全、环保、文明施工要求高，要符合中海石油公司内部HSE认证体系的有关要求。

1.2工程地质和水文地质条件

隧道位于大榭太平村与关外村之间低山区，岩体单薄，属低山丘陵地貌。隧道最小埋深约6m，Ⅳ、Ⅴ级围岩占47%，通过5条断层。不良地质有断层破碎带、岩石风化节理密集带等，其中出口浅埋段为残坡积碎石土，地下水丰富，主要为裂隙性潜水。

2　技术重点和难点

（1）出口残坡积碎石土段浅埋暗挖（埋深6～15m），给施工带来很大影响。

（2）大跨度浅埋且Ⅴ级围岩自稳能力差，开挖过程中需要有效控制变形防止坍塌事故的发生。

（3）由于地下水资源较为丰富，使土体处于塑性状态，开挖断面土体的稳定性变得极差，因此土体的沉降收敛值变得过大。

3　施工处理措施

3.1处理原则

（1）根据中海石油大榭石化管廊隧道进口段的围岩特点及施工过程中出现问题及难点，在进行现场勘查、超前地质预报、设计文件及监控量测等资料的分析研究后，确定该隧道围岩加固处理原则为：提高围岩自我稳定的能力，加强支护结构，保证隧道底部地基承载能力满足设计要求，确保施工过程和运营安全。

（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处理方案

参考国内外成功施工过大跨度隧道的经验，将隧道所途径的特殊地段视为重点进行考虑，并通过对各个地质条件的分析，确定本工程施工方案为浅埋段与V级围岩段采用双侧壁导坑法，其辅助措施如下：

（1）超前支护方式。根据开挖段现场施工实际情况，采用Ø108mm长管棚、双层Ø42mm小导管注浆等方式进行超前支护。

（2）减震控制爆破。由于施工区施工环境复杂，周边攒在抗震性能差的建（构）筑物，进行浅埋隧道爆破开挖施工，需要采用减震控制爆破技术，以避免地表建筑物免受爆破震动的危害。

4　双侧壁导坑法施工

隧道进口K0+000～K0+030、K0+030～K0+120段为V级围岩，岩石风化程度高，岩体破碎；出口K1+ 328～K1+359段为浅埋段，最小埋深仅为6m；K1+ 290～K1+328段为强风化层。针对上述地段隧道成形困难、稳定性差的特点，经反复论证决定采用双侧壁导坑法开挖施工，并根据现场实际采取不同的施工辅助措施。其中K0+000～K0+030、K1+328～K1+359浅埋洞段采取Ø108mm长管棚注浆法，其余地段采取双层Ø42mm小导管注浆法。

4.1施工方法

由于该隧道开挖断面大，工作面易失稳定，将原工序调整为左右侧壁开挖均采取7部开挖支护的形式，即将图1中①部分成2小部，将②、③部分成3部分，双侧壁导洞横断面施工工序示意图如图2所示。左右两侧导洞开挖进度间隔20m，拱顶开挖与侧壁开挖间隔20m，中间核心土部分滞后上部两侧侧壁仰拱混凝土封闭10m开挖，最后开挖中下部仰供，采用每拆除4榀临时拱架（2m）并及时封闭中间仰供混凝土完成一次循环过程的形式。双侧壁导坑开挖工序纵断面示意图和平面示意图见图3。

图2　Ⅴ级围及浅埋段岩开挖工序横断面示意图

图3　Ⅴ级围及浅埋段岩开挖工序纵断面示意图和平面示意图

4.2作业程序

（1）①采用Ø108mm长管棚、双层Ø42mm小导管注浆等方式进行超前支护。②开挖①部侧壁上导坑，每拆除4榀临时拱架及时喷射8cm厚混凝土封闭掌子面③在①部侧壁周边进行初期支护即挂网喷射4cm厚的混凝土，安装Ⅰ22钢拱架④复喷混凝土至设计厚度，并加设径向锚杆。

（2）①滞后①部10m开挖②部侧壁上导坑，每拆除4榀临时拱架及时喷射8cm厚混凝土封闭掌子面②在②部侧壁周边进行初期支护即挂网喷射4cm厚的混凝土，安装Ⅰ22钢拱架③复喷混凝土至设计厚度，并加设径向锚杆。

（3）①滞后②部10m即左右侧壁错开20m开挖③部侧壁上导坑，每拆除4榀临时拱架及时喷射8cm厚混凝土封闭掌子面②在③部侧壁周边进行初期支护即挂网喷射4cm厚的混凝土，安装Ⅰ22钢拱架③复喷混凝土至设计厚度，并加设径向锚杆。

（4）滞后③部10m开挖④部侧壁上导坑，每拆除4榀临时拱架及时喷射8cm厚混凝土封闭掌子面，施加初期支护，步骤及工序同（2）。

（5）拱部开挖支护在左右侧壁完成后进行，滞后④部10m开挖⑤拱部，预留核心土环形开挖后喷射初期支护，架设拱部Ⅰ22钢拱架，复喷混凝土至设计厚度，并加设径向锚杆。

（6）⑥部核心土在⑤拱部开挖支护完成后滞后10m开挖，喷射8cm厚的混凝土封闭掌子面。

（7）⑦部滞后⑥部10m开挖，喷射8cm厚混凝土封闭掌子面，并及时施作仰拱。

（8）按照（1）～（7）的施工步骤循环施工，每循环一次，做好初期支护，再继续开挖。

（9）根据现场情况或变形收敛后，一次性灌注拱墙二次衬砌。

5　监控量测

5.1监测内容

在施工中监控量测是保证正常施工的重要一环，对保障隧道安全施工建设和运营有着重要的意义。监测数据可为评估施工方法可操作性、设计参数的合理性以及了解围岩及支护结构的变形和受力特性提供了准确的参考依据，为隧道二次衬砌的施工时间提供了决定性的意义［6］。

根据中海石油大榭石化管廊隧道的地形地质条件、支护类型和施工方法等特点，为了在设计、施工中确保围岩的稳定，这里主要介绍必测项目中拱顶下沉量量测、周边收敛量侧和地表下沉量测。

5.2监测结果及分析

根据中海石油大榭石化管廊隧道沿线地形地质条件，对岩体破碎，岩石分化分度高的隧道出口浅埋段K1+310～K1+359段进行重点监测，量测项目为：拱顶下沉量量测、周边收敛量侧和地表下沉量测，其中选取K1+310、K1+323、K1+335、K1+343和K1+353这5个监测断面进行拱顶下沉量和周边收敛量侧，并布置1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3这6个监测点对隧道出口段地表沉降量进行监测，周量测结果见表1、表2。

表1　拱顶沉降、周边收敛监测统计表

表2　隧道出口地表下沉监测统计表

根据该隧道设计要求［7］和《公路隧道施工技术规范》［8］中安全允许标准，表1和表2中各项监测的变形量和变形速率均较小，符合设计要求和规范中所规定安全允许变形范围。因此，可以认为双侧壁导坑法在中海石油大榭石化管廊隧道实际施工应用中加强了围岩的自我承受能力，增加了围岩的自我稳定时间，提供了充分的施作空间来进行后续的支护，保证了整个隧道开挖过程的施工安全。