双侧壁导坑法在高速公路隧道进口段进洞施工中的应用

2021-10-09陈磊

工程建设与设计 2021年13期

关键词：洞身导坑洞室

陈磊

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

1 双侧壁导坑法施工特点

双侧壁导坑法施工有下述4 个特点：

1）双侧壁导坑法施工。可以防止截面大且围岩易发生坍塌的软土隧道在施工过程中出现大变形现象。用于支撑导坑的钢质材料具有易拆易装、安全可靠的特点，在开挖时不仅使原有土体保持原有结构，而且降低了对土体的影响。

2）新奥法的某一分支。该法的施工原理与新奥法一致，开挖之前先把大断面划分为若干个小断面，选用锚喷方式将围岩的自承能力发挥到极致，既能降低对围岩的扰动，还可以控制初支变形。

3）遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则施工。要特别关注超前支护施工和小断面的加固操作。

4）采用监控量测技术。建立关于围岩支护结构的监控量测系统，以达到管理信息化的目的。

2 双侧壁导坑法施工的工艺原理

若选用双侧壁导坑法开挖需一边开挖一边支护。工作原理如下：（1）通过2 个中隔壁把整个截面划分为上下左右6 个小截面，由左右2 个导洞开始，按照“先边墙后中间”顺序边开挖、边支护，同时将临时支护作为支撑；（2）当初期支护仰拱成环之后，将左右2 个导洞的临时支撑拆掉，使之成为1 个全截面；（3）为了在拱顶出现下沉时方便控制，可将两侧导洞的形状设置为倒鹅蛋形。

此外，为了方便把控地表沉降，在洞内为了低水位地层水平降水，可选用超前小导管/ 大管棚以及初支背后注浆等多种方法对导洞侧壁施工。利用监控量测技术实时监视围岩的稳定状态，并及时调节支护参数，从而确保隧道作业的安全性和成功性[1]。

3 洞身开挖

洞身支护时，要遵循“短进尺，快循环，弱爆破，少干扰，早喷锚，强支护，勤量测，紧封闭”的原则。不仅如此，需根据隧道地质断面图和超前地质报道情况，有针对性地制定适用于各个等级的围岩开挖支护方案。对此，可以以广州从化至清远连州的高速公路TJ05 标段A2 分部K70+650～K79+000 段隧道工程为例，该工程在洞身施工过程中使用双侧壁导坑施工法，三台阶、环形开挖预留核心土法和台阶法。其相关的洞身施工工艺统计详见表1。其中，围岩分类参照JTG 3370.1—2018《公路隧道设计规范第一册土建工程》以及设计单位出具的施工图纸。

表1 洞身施工工艺统计

4 双侧壁导坑法工艺流程、施工步骤和操作要点

选用双侧壁导坑法施工时，具体操作步骤如下：

1）先开挖一侧的导坑，当与另一侧导坑间隔合适距离之后再开挖另一侧。无论施工哪一侧的导坑都要及时闭合初期支护。

2）按照“先上部核心土，后下台阶”的顺序施工，并与开挖两边导坑一样，需及时进行初期支护，直至全断面闭合初期支护；在对上部核心土施工时，可将用于支护的拱脚置于左右两边导坑的初期支护上方。

3）将导坑临空地方的初期支护拆掉；同时，根据工字钢拱架纵向间距确定每周期的进尺长度，利用挖机与人工相结合的方式施工。

4.1 施工工艺流程

该施工工艺流程具体为：勘测相关地质情况→开挖侧壁的导坑→施工侧墙→在导洞内部形成小仰拱→在洞内进行水平降水→边开挖边支护中间隧道的上方结构→边开挖边支护中间隧道的下方结构→建造仰拱→二衬作业→拆除临时支护。

4.2 施工步骤

1）利用小导管实施拱顶的注浆作业，先后将侧洞室①、②挖开，并及时完成隧道的初期支护和中隔壁、中隔板施工；同时，需确保①号洞室设在②号前方的3～5 m 位置处。

2）先后开挖洞室③、④，保障洞室①位于洞室③前方15～20 m 处，且洞室③位于洞室④前方35 m 处，及时做好③、④洞室相对应的初期支护和中隔壁及中隔板。

3）在开挖④号侧洞室时，及时做好初期支护和中隔板；同时，要位于⑤号洞室后方20～30 m 的地方（见图1）。

图1 开挖第三步示意图

4）在施工⑥号洞室时，需确保⑤、⑥号洞室的掌子面相互岔开3～5 m 的距离，并及时做好初期支护（见图2）。

图2 开挖第四步示意图

5）按照检测结果，在仰拱厚度符合要求的情况下，按照纵向3～6 m 的长度分段截断中隔壁，把用于初期支护的混凝土和钢筋网去除；在二衬结构允许的长度范围内，可以将1 m长的格栅钢筋保留后，在仰拱上铺设防水层，并及时施工二衬结构，当强度满足75%之后使纵向临时支撑和二衬结构互相顶紧。

6）采取先“分段、再逐段拆除”的方式除掉两边的临时支撑后，依照“铺筑防水层、绑扎钢筋、支模浇筑底板和二衬”的顺序依次施工，当强度在75%以上时，可利用45b 型的横、竖向工字钢使临时支撑和二衬结构互相顶紧。

7）采取“先分段，再逐段拆除”的方式除掉临时支撑；在构建封闭的二衬结构时，先铺筑防水层再绑扎钢筋，最后支模浇筑底板。

8）混凝土满足75%的强度要求，去除临时支撑；选用分段法拆除中隔板和中隔壁；长度控制在3～6 m。

4.3 操作要点

4.3.1 导坑施工

针对实际的地质情况并结合设计要求确定导坑的断面，然后开挖导洞，若某地段有水出现，为保证施工的安全性先排水再开挖。在施工时，需遵循以下几点要求。

1）开挖围岩时，选用挖掘机和人工相结合的方式来无爆破作业；值得注意的是，为降低对围岩的扰动，必要时可选用弱爆破施工。

2）完成一个侧壁开挖和支护的最佳工作周期是0.8～1 m，施工结束后在侧壁上挂规格为φ6 mm、20 cm×20 cm 的钢筋网片；为了避免围岩发生坍塌，应利用厚度为8 cm 的C20 喷射混凝土密封开挖面；如果导坑内部的核心土和层理斜面在开挖过程中出现严重的塌落和剥落现象时，应通过规格为50 mm×4 mm×（6～8 m）的小导管注射双液浆的方式实施加固，压力通常为0.5～1 MPa。

3）为了方便调整支护参数，需更改作业方式，同时要根据规定做好监控量测，从而保证能够实时了解围岩和支护的变形程度，并保障超前地质预报的准确性。

4）开挖之前要及时检查排水情况。为了避免钢支撑基底发生软化，不仅需要保障排水畅通，还需要完成两边临时排水沟的铺砌抹面工作。

5）一旦侧壁导坑施工结束立刻建设初期支护，构建封闭环；侧壁导坑的截面形状应设置为椭圆形，并横跨整个隧道的1/3；开挖左右导坑时前后至少要相差15 m。

4.3.2 小导管注浆加固

钻孔时，选用钻头外径大于小导管l～2 cm 的风动凿岩机操作，注意选择合适的角度。为了避免出现塌孔现象，钻孔结束之后立刻将小导管插进孔中。

完成该步骤后，可通过双液浆注浆机完成注浆，制作双液浆时应满足如下要求：（1）水泥之比以及水泥浆与水玻璃的体积之比分别为l∶1、l∶0.75；（2）水泥采取普通的425 级即可；（3）水玻璃的浓度要在35 °Bé 以上，模度设为2.4；（4）注浆的初、终压分别为0.5 MPa、l MPa，而浆液扩散半径至少为0.5 m。

4.3.3 拱背注浆

在浇筑完初衬混凝土之后，为了保障衬砌和土层之间互相结合的紧密性从而更方便把控地表的沉降，可采取在拱墙和底部背后注浆的措施，提高空隙和地层的密实紧固性。一般来说，背后注浆压力为0.4～0.6 MPa。

4.3.4 监控量测与分析

监控量测是工程施工的核心环节，贯穿工程始终，因此，要将其与开挖和支护进程相结合，并按照设计图纸进行布点、实施监测。