浅谈双侧壁导坑法在工程中的应用

李金辉

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

1 概述

1.1 工程概况

穿黄隧洞进口段位于隧洞进口建筑物以北，根据所处位置分A、B两洞（左侧为A洞，右侧为B洞），两洞结构形式相同。隧洞分两期成型，一期结构尺寸按满足盾构完成邙山隧洞掘进后出邙山要求设计，二期结构尺寸按隧洞过流要求设计。

穿黄隧洞进口段长35m，进口底板高程103.527m，末端（堵头处）底板高程102.62m，纵坡为4.91%。隧洞衬砌后断面为圆形，进口渐变段长15m，洞直径由11m渐变至9.4m，洞身段长20m，直径9.4m，两段混凝土衬砌厚度均为0.8m，洞身段末端另设1m厚混凝土堵头。

1.2 地质情况

⑴ 地形地貌

穿黄隧洞进口段位于黄河南岸邙山岭，原始地表高程为165～170m，经开挖后形成150m、140m、130m、120m四级马道，边坡坡比分为1：0.7和1：1两种，马道宽度2～23m不等。

⑵ 工程地质

根据招标文件提供的地质资料，结合我部在隧洞进口区开挖情况，隧洞进口区地质情况如下：

地层结构上部为alQ3黄土（⑥层、⑦层），厚25.65m，浅层黄土具有弱湿陷性，随深度的增大，湿陷性降低，具中等压缩，抗剪强度较高，发育有垂直节理。

中下部为alQ3黄土状粉质壤土（⑨上、⑨-1、⑨夹、⑨-2、⑨下层），层厚 25.23m，其中⑨-1、⑨-2两层为饱和软黄土状粉质壤土，抗剪强度低。

隧洞围土由Q3黄土状粉质壤土组成，夹有⑨-2黄土状粉质壤土软层，强度较低；隧洞底部为alQ2粉质壤土，土体致密，承载力较高，耐水性较好。

⑶水文地质

隧洞进口区地下水位约140m，高出隧洞底板约37m，围土渗透系数为1.0×10-5cm/s～1.0×10-4cm/s，具弱透水性。

1.3 施工特点

⑴隧洞开挖断面超过120m2，且A、B洞净间距仅约16m，施工难度大。

⑵渐变段顶部覆盖层薄，属浅埋黄土隧洞，对洞身变形控制要求高；

⑶洞身低于原始地下水位近40m，受地下水影响；

⑷穿黄隧洞与检修通道交叉，存在应力重分布情况。

2 隧洞开挖及支护设计

2.1 开挖断面的确定

为确保隧道开挖轮廓符合设计，应做好预留量的考虑，根据郑西客运专线大断面黄土隧洞及退水洞等类似工程施工经验，初步确定拱部预留20cm沉降量，水平每侧预留10cm左右收敛量，底拱预留5cm施工偏差预留量。为方便开挖控制及钢拱架加工，把隧洞圆心高程统一抬高7.5cm，支护结构内圆半径按混凝土衬砌外圆半径+12.5cm控制，如此，所有断面拱部预留沉降量为20cm，拱部到腰线预留量从20cm渐变为12.5cm左右，腰线到底拱预留量从12.5cm渐变为5cm。支护厚度考虑施工偏差，定为25cm，确定的开挖断面见图2-1。

图2 -1穿黄隧洞进口段开挖断面图单位：cm

2.2 开挖方法选择

大跨度软岩隧洞的施工方法，主要有台阶法和双壁导坑法、中隔墙法(CD法)，交叉中隔墙法（CRD法）等。考虑到穿黄隧洞进口段重要性，而且洞身较短，经建设各方讨论决定，洞口段采用双侧壁导坑法，洞身段采用CRD法开挖，工法转换桩号根据实际情况确定。

2.3 双侧壁导坑法

先进行两侧导坑上台阶开挖，施做仰拱形成两侧封闭洞室，在上台阶布置垂直轻型井点辅助进行下台阶降水。开挖中洞上台阶，进行拱部及仰拱支护，形成上半洞（在仰拱上布置轻型井点辅助降水）。根据下半洞降水情况进行左右导坑开挖及中洞下台阶开挖（再次布置轻型井点降水），最后进行仰拱开挖封闭。

进口第一段开挖完成后，暂停开挖，进行混凝土衬砌（锁口混凝土），开挖掌子面须超前，预留安全坡度以稳定掌子面，在混凝土施工同时，在上台阶进行标准洞段管棚施工。双侧壁导坑法施工顺序见图2-2。

图2 -2双侧壁导坑法施工顺序图

3 双侧壁导坑法施工

3.1 施工流程

双侧壁导坑法施工工艺流程见框图3-1。

3.2 施工方法

3.2.1 左（右）导坑上台阶开挖支护

⑴超前管棚

支护范围拱部135°范围。渐变段超前管棚采用Φ76钢管，间距30～40cm，长度15m，在洞口采用水平螺旋钻机钻孔，目前渐变段管棚已施工完成。

框图3-1双侧壁导坑法施工流程图

⑵超前锚杆

在管棚支护范围以外的洞周拱部及洞内临时导坑拱墙布置，采用Φ22～25钢筋，长度2～3m，间距20～40cm，采用风镐压入。

⑶开挖

拱部开挖断面为三角形，采用小型反铲配合人工开挖，开挖时留核心土，充分发挥掌子面的约束作用，增强开挖后的掌子面自稳能力。每次开挖1榀拱架间距，开挖土装小型农用车运至洞外或采用ZL30装载机装运至洞外。

⑷支立钢拱架

每次进尺开挖完毕后，即刻快速进行钢拱架支立，钢拱架采用Ⅰ20a工字钢弯制，分段加工，洞周拱架端部预留连接板，以便与下段连接。拱脚部位布置两根Φ25锁脚锚杆，锚杆外露部位采用U形筋与钢拱架焊接。钢拱架间采用Ⅰ16～Ⅰ20工字钢焊接连接，洞周横支撑间距1.0～1.5m，临时结构横向支撑间距2m。

在下部拱架及仰拱未施工前，顶拱拱架的荷载会全部传递到拱脚土层上。为保证荷载合理传递，限制顶拱沉降，采用扩大拱脚法，即在钢拱架底部垫预制混凝土板或木板，扩大基底受力面积。

根据以往经验，顶拱部位及时封闭尤为重要，围土暴露时间务应小于其自稳时间，一般控制在3～4h以内。

⑸挂钢筋网片

采用φ8@20×20cm钢筋网片，钢筋网挂设应在钢拱架与土体之间。其搭接长度不应小于10cm，与钢拱架点焊要牢固。

⑹喷射混凝土

混凝土在洞外120马道上采用350L混凝土搅拌机拌和，喷混凝土采用PZ-5B型混凝土喷射机进行。

水泥采用合格的P.O.42.5普通硅酸盐水泥。骨料：细骨料采用坚硬耐久的中粗砂细度模数不小于2.5，含水率5%～7%；粗骨料用粒径不大于15mm的碎石。外加剂速凝时间不低于5min，终凝时间不大于10min。

喷射混凝土采用“潮喷法”施工工艺，人工操作混凝土喷射机进行喷射。水泥、砂、石、少部分水拌和成混合料，用三轮车运输到喷射现场，在喷射机搅拌槽进料口对混合料进行筛选，再次拌和后由压缩空气将混合料吹入送料管，在喷嘴处加水后喷射至受喷面。速凝剂在喷射机进料口施加，每台喷射机配置计量器具。在喷射过程中，喷枪同喷射面要基本上保持垂直，喷射距离一般为0.6～1.0m，喷射顺序自下而上，喷枪操作使喷嘴呈螺旋形划圈，圈的直径约20～30cm，并使料流呈螺旋状横向移动，每次喷层厚度5cm，喷射下一层时应在上一层终凝后进行，喷层间歇时间控制在15～30min。若终凝后1小时以上再次喷射，则需要高压风水冲洗前一层喷射混凝土层表面的乳膜、浮尘等杂物。

喷射混凝土分层进行，每层厚度5cm左右，喷层总厚度要求达到20cm。

每安装1榀拱架后，挖除核心土后部1榀拱架进尺土体，施做临时仰拱封闭。

3.2.2 中洞上台阶开挖支护

中洞上台阶高度较大，分两层开挖，首先开挖拱部2m高范围土体，每次一榀钢拱架间距，留核心土，安装顶拱钢拱架与两侧导坑拱架对接，采用螺栓压紧连接板，也可采用双侧纵向连接板焊接连接。下层开挖高度与两侧导坑上台阶平齐，采用小型反铲开挖，每次1～2榀钢拱架间距，开挖至底板后底板焊接横撑，与两侧导坑上台阶临时仰拱对齐。

3.2.3 轻型井点降水

在上台阶及下台阶底板实施降水，采用轻型井点，根据开挖进尺向前推进，具备条件后立即实施。上台阶左右导坑井点布置左右两排，中洞布置两排，距边墙30～40cm，纵向间距0.8～1.0m，各排呈梅花形布置；下台阶左右导坑各布置一排，中洞布置两排。井管采用Φ32.5～Φ48mm 钢管，深度 5～6m，外倾 15°，底部 3m钻花管，花管孔径8mm，开孔率不低于15%，外包100目滤网。轻型井点采用JSJ-60型真空泵抽水。

3.2.4 左右导坑下台阶开挖支护

开挖高度4.5m，采用小型反铲（0.2～0.5m3）开挖，小型自卸汽车运输。双侧交错开挖支护，先侧墙，再中隔墙。每次开挖进尺原则为1榀型钢间距（最多2榀），避免拱架同时悬空。每侧开挖完成后，尽快接长钢拱架，拱脚部位仍然垫预制混凝土块及安装锁脚锚杆，然后挂网、焊接横支撑（Ⅰ16～Ⅰ20，间距1.0～1.5m）、喷射混凝土。

喷射作业先从墙角向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩而不能密实，以致强度不足，造成失稳；先将凸洼部分找平，然后喷射凸出部分，使其平顺连接。喷射混凝土表面应大体平整并呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

3.2.5 中洞下台阶开挖支护

中洞下台阶左右边墙已支护完成，主要为土方开挖，采用小型反铲（0.2～0.5m3）开挖，小型自卸汽车运输。每循环开挖进尺2～3榀钢拱架间距，每循环开挖完成后，底部施做横支撑（临时仰拱）。

3.2.6 左右仰拱开挖支护

左右仰拱错开开挖，由于空间较小，采用人工开挖，手推车运输，每循环开挖进尺1～2榀钢拱架间距，每侧开挖完成后，尽快封闭钢拱架，然后挂网、焊接横支撑（Ⅰ16～Ⅰ20，间距1.0～1.5m）、喷射混凝土。

3.2.7 中部仰拱开挖支护

采用小型反铲配合人工开挖，ZL30装载机出渣，每次开挖1～2榀钢拱架间距，开挖完成后，尽快封闭钢拱架，然后挂网、焊接横支撑（Ⅰ16～Ⅰ20，间距1.0～1.5m）、喷射混凝土。

3.2.8 仰拱开挖支护

仰拱分左右两侧分别开挖，先左后右，逐榀进行。采用小型反铲结合人工快速开挖，完成后立即施作钢拱架、中隔墙立柱、锚杆、喷混凝土等支护，左右形成封闭后，拆除下导洞临时仰拱。

中隔墙及上导洞仰拱在开挖完成后不予拆除，待混凝土衬砌完成后拆除，目的一是稳定洞室，二是作为混凝土衬砌施工平台。

4 安全监测

监控量测项目及频率见表4-1。

表4－1 穿黄隧洞进口段监控量测项目及频率表

量测中应注意：

⑴ 为取得开挖后围土早期状态变化数据，各测点应尽量靠近开挖面布置（不大于2m）。

⑵ 周边收敛、拱顶下沉及地表下沉各项测点集中断面布设，以便量测成果的协调分析、综合运用。

⑶ 量测时，先把钢尺拉出停放20min，以便使钢尺温度与环境气温相差达到基本一致。

⑷ 下台阶开挖靠近上台阶量测断面时，量测频率应适当增加。

结语

双侧壁导坑法是大断面软岩隧道很有代表性的开挖工法。把大断面隧洞化整为零，大洞小挖，以监控量测手段指导施工，控制初支结构的拱顶沉降和收敛，确保开挖洞室稳定。先进行两侧导坑上台阶开挖，施做仰拱形成两侧封闭洞室，在上台阶布置垂直轻型井点辅助进行下台阶降水。开挖中洞上台阶，进行拱部及仰拱支护，形成上半洞（在仰拱上布置轻型井点辅助降水）。根据下半洞降水情况进行左右导坑开挖及中洞下台阶开挖（再次布置轻型井点降水），最后进行仰拱开挖封闭。

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