市政浅埋大跨度隧道双侧壁导坑优化研究

吴明学

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)

0 引言

双侧壁导坑施工主要运用于Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩，浅埋大跨度隧道。优先采用双侧壁导坑理论上提高了安全性、可靠性，但该工法工序繁琐，工序衔接较多，限制性较多，造成质量、安全的不可控、不利因素也随之增加，同时经济性及施工效率远比其他工法差得多。如何安全、优质、高效完成市政浅埋大跨度隧道施工，是值得不断优化、总结、探索与研究的问题。

1 案例概述

柳州安泰路Ⅱ标项目位于柳州市柳东新区江滨居住生活区，南接安泰路Ⅰ标，北至官塘大道，道路长度约为1.020 km。道路等级为城市主干路，道路红线宽度为45 m，双向六车道，采用四幅布置。隧道A线长290 m：K5+470～AK5+760(明洞50 m)，隧道B线长270：BK5+475～BK5+745(明洞45 m)；隧道净宽17.24 m(开挖宽19.5 m)，净高8.9 m(开挖高13.0 m)，净距13.7～18.3 m，埋深12～45 m。该隧道中间高两头低，全部为Ⅴ级围岩，主要为泥质粉砂岩XS-Va、断层破碎带XS-Vb、硬塑状黏土XS-Vc。该隧道设计采用双侧壁导坑法，设置临时仰拱，预留变形量20 cm。

2 双侧壁导坑法施工原理、优势与不足

施工原理：利用临时支护把掌子面分为左、中、右三个导洞，左右每个导洞利用临时仰拱又分为上下导坑，中间导坑分为上、中、下三导坑(也可以根据隧道施工高度分为上下两个导坑)。施工顺序按照先左导洞(右导洞)上下导坑，再到右导洞(左导洞)上下导坑，最后到中导洞上中下导坑，循环渐进开挖支护，循环渐进过程需控制好各导洞安全步距及仰拱、二衬与掌子面安全步距。导坑尺寸要设计合理，各导坑开挖步距要符合设计规范要求，以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑为原则[1]。详见图1。

图1 双侧壁导坑工法施工示意图

优势：(1)利用临时支护及临时仰拱把大断面隧道分为几个小导洞，各个小导洞及时闭合成环受力，能有效控制沉降变形，地表沉陷仅为短台阶法(10～15 m)的1/2；(2)在浅埋、大跨度、软弱围岩隧道优先采用。

不足：(1)临时支护及临时仰拱综合利用率低，左右导洞下台阶施工完成后需要回填洞渣作为栈桥搭设平台和便道，后期又需要挖除，增加造价；(2)导洞增多，断面变小，无法使用常规大型机械设备，效率低；(3)导洞接头增加，接头板连接处受沉降变形收敛影响质量控制难度大，存在连接不严密、线形不顺等问题，处理不当易引发安全质量问题；(4)临时仰拱、临时支护拆除过程中受力体系多次变化，不可控因素较多，安全风险高；(5)临时仰拱施工在使用大型设备时易产生破坏变形，对与之连接的临时支护及初期支护形成拉力，对初期支护稳定不利，同时无法适用目前市场的常规先进掘进设备，达不到机械化减人目的，施工作业以人工为主，安全风险性较大。

3 双侧壁导坑工法优化思路及技术控制

工法优化思路：双侧壁导坑工法整体拱架闭合时间跨度长，左右导洞沉降变形导致中导洞拱架闭合质量差，主要原因为临时仰拱及临时支护制约了施工工序衔接。安泰路隧道最大埋深为45 m，为浅埋大跨度隧道，地应力较小(≤2 MPa)，但开挖跨度为19.5 m，开挖高度为13.0 m，围岩应力分布为拱肩至墙脚应力最大，其次为拱顶，底部的应力最小[2]，因此，重点需要控制拱腰和拱脚处受力变形，保证支护和围岩稳定。结合安泰路隧道实际情况及工法特点，综合考虑质量、安全、进度因素，决定取消临时仰拱，增加左右导洞上导坑拱腰处每榀拱架2根2.5 m长锁腰锚杆，锁脚锚杆直径由原设计φ50 mm增加到φ60 mm，长度由原设计3.5 m增加到4.0 m，以控制沉降变形收敛；取消下导坑临时支护，在上导坑临时支护落脚处每侧保留3 m宽原状土及增加厚木板支垫拱架底部控制沉降变形收敛；上台阶左中右(1、2、3)导坑循环开挖闭合拱架，下台阶(4、5)导坑循环开挖支护落脚，仰拱施工紧跟临时支护拆除及7导坑开挖。总体优化为上台阶双侧壁的两台阶七部开挖工法，优化施工图如图2所示。

图2 双侧壁导坑工法优化示意图(mm)

工法优化技术控制：

(1)地质勘察报告及超前地质预报显示无不良地质，隧道埋深≥2 D(D为隧道跨度)时采用第三方监控量测单位检测并收集沉降变形等数据，满足趋于稳定时累计沉降变形在设计预留变形量的1/4～1/3内且日沉降变形均≤5 mm/d条件，必要时可邀请专家组讨论通过。安泰路隧道超前地质报告显示无不良地质，中部约80 m长度达到埋深要求，满足优化条件，同时监控量测满足设计变形要求。

(2)现场调整控制上台阶开挖高度占总开挖高度的0.5～0.6，拱脚处初期支护拱架呈竖直状态，有利于拱架整体受力，减少收敛变形，同时，有利于上台阶各导坑机械施工有足够的安全施工空间。

(3)取消临时仰拱及下导坑临时支护，利用大型机械施工提高施工效率，辅以增加锁腰锚杆、加大上台阶临时支护底部钢板及增加支垫木板、加大锁脚锚杆直径及加长锚杆，缩短整体初期支护闭合时间，提高拱架闭合质量。同时，仰拱闭合紧贴临时仰拱拆除，如有必要采取导洞拱顶增加刚性连接等措施进行沉降变形控制。

(4)合理控制开挖工序，遵循“短开挖，勤量测，早封闭”施工原则，左(5)右(4)下导洞错开落脚并超前需要拆除临时支护3～5 m后，结合监控进行临时支护拆除及仰拱闭合施工(每循环进尺控制3榀，拆除临时支护及仰拱闭合需要加密观测点及加密观测)，每循环仰拱钢筋混凝土浇筑控制在5～6 m内，确保初期支护及时受力控制沉降变形。

(5)严格落实超前地质预报及监控量测指导施工：隧道超前地质预报为详细勘察资料进一步细化，为施工提供详细指导，避免施工过程发生地质灾害。隧道监控量测作为隧道施工不可或缺的工序，必须纳入施工工序管理，必测项严格按照要求执行。如果位移的变化随着时间的增长而趋于减小，说明该处围岩处于基本稳定状态，支护系统是可靠而有效的，如图3所示中的正常曲线[3]，反之则为图3中的非正常曲线。

图3 时间-位移曲线图

监控量测数据出现异常应及时上报，若出现初支严重开裂或有异响必须马上组织人员撤离。通过监控得知，导坑的下台阶施工和临时支护拆除时受力均有较大变化，沉降变形也有一个拐点，必须注重临时支护拆除时的监控量测及安全防护工作。拆除临时支护时，需以监控量测的数据为参考依据[4]，做好相关安全保障措施及应急措施。

安泰路隧道双侧壁导坑工法优化沉降变形收敛可控，沉降变形80%在10 cm内(设计预留变形量20 cm)，小部分在10～13 cm，整体可控，施工效率提升了约1/3，成本略有增加。

4 双侧壁导坑施工优化意见及建议

(1)通过优化超前支护形式确保掌子面开挖安全稳定，例如加大、加长超前小导管，或者调整为10～20 mφ108 mm管棚加3.5 mφ50 mm小导管形式，同时在土质围岩慎用注浆加固等措施，可采取管内预先注浆形式。

(2)双侧壁导坑施工因中导坑爆破对临时支护的破坏极大，因此尽量不采用爆破施工，必要时可采用弱爆破及控制爆破，增加水袋等措施减少爆破破坏。同时，爆破时对临时支护采取便携式临时横撑等加固措施。

(3)双侧壁导坑施工进尺为各施工工法中最慢的，石质围岩(爆破施工)0.6～0.8 m/d，土质围岩0.8～1.0 m/d。对此，制定合同工期要合理，避免以质量及安全

作为赶工代价。

(4)深埋隧道地应力较大产生软岩大变形时可采取恒阻力预应力锚索NPR等措施代替常规系统锚杆进行沉降变形控制，避免因双侧壁导坑工法使导坑空间受限而无法按照设计进行施工所带来的安全质量隐患。

5 结语

针对双侧壁导坑施工组织难度大、质量控制要点多及安全防控要求高的特点，需要做好管理力量、技术力量支撑及运用机械化、信息化作为支持，用科学的管理、先进的设备指导和优化施工。