浅埋偏压大断面隧道掘进工艺的改进及应用

李世贵，赵 恒，任 仁，程 灏

（贵州高速公路开发总公司，贵州 贵阳 550004）

随着国民经济的不断增强，高速公路及铁路穿越高山峡谷，尤其是一些地质条件比较复杂的地区，对公路和铁路的线性要求越来越高，隧道断面尺寸大小及曲率半径都要求更加和谐，设计标准不断提高。21世纪是隧道及地下工程大发展的世纪，对新奥法施工的理解更要与时俱进[1]，对各种工法要灵活运用，选择时需要考虑施工条件、围岩条件、隧道横断面积、埋深、工期、环境条件等[2]。双侧壁导坑法是新奥法中的一种，施工时必须要坚持“四项准则”[3]。

随着公路铁路不断向地形起伏较大的山区发展，隧道施工中的双侧壁导坑法也得到广泛、成功应用[4～6]，在实施过程中也对其支护类型进行设计优化[7～8]。本文从双侧壁导坑法的基本特点出发，深刻理解其使用条件，根据隧道实际情况，对其进行必要改进和优化，成功运用在龙头山特大断面隧道施工进洞中。

1 双侧壁导坑法的基本概念及适用条件

先开挖隧道左右两侧的导坑，并进行初期支护，必要时施加临时横撑或斜撑，再分部开挖剩余部分的施工方法。

适用条件：a）单线或双线隧道Ⅳ级围岩，有预支护、预加固（超前注浆锚杆、注浆小导管）措施的Ⅴ、Ⅵ级围岩；b）地下水状态：有渗水或股水现象；c）大断面隧道施工进洞时，对于围岩自稳能力较差或没有的，左右导坑不得一次性开挖完，应按上下台阶分部开挖，并做好临时支护。

双侧壁导坑法施工工序示意图见图1。

如图1所示，双侧壁导坑法主要分为以下10个步骤：①左（右）导坑开挖；②左（右）导坑初期支护；③右（左）导坑开挖；④右（左）导坑初期支护；⑤上台阶开挖；⑥上台阶初期支护，导坑隔壁拆除；⑦下台阶开挖；⑧仰拱初期支护；⑨仰拱超前浇筑；⑩全断面二次衬砌。

图1 双侧壁导坑法工艺简图

2 龙头山大断面隧道工程概况

2.1 隧道地形地质条件

隧道地处瘦狗岭断裂和文冲断裂交接部位附近，进出口段多为含水量较高的第四系坡残积黄色粘土以及全强风化花岗岩，结构松散，稳定性差，无支护时极易坍塌，且进口左线还存在40m长的浅埋偏压现象。隧道洞口现场地形地质概况见图2。

图2 隧道洞口地形地质概况

2.2 隧道断面尺寸

龙头山隧道横断面几何尺寸为：隧道开挖最大跨度达21.47m，横断面面积达230m2。隧道周边界限由4个不同半径的弧线平滑圆顺连接，隧道左线长1010m，右线长1002m，设计行车速度100km／h，是国内最长的上下行双向分离式八车道特大断面公路隧道。国内大断面隧道断面尺寸统计表见表1。

表1 国内大断面隧道统计

3 龙头山隧道施工进洞工艺优化改进

龙头山隧道断面较大，洞口存在偏压现象，地质条件较差，主要为黄色粘土，含水量高，自稳能力差，完全按照双侧壁导坑法施工不能保证施工安全，尤其是左右导坑的开挖，综合分析研究，考虑对以下几个方面进行优化改进。

3.1 导坑上下台阶开挖

左右导坑按上下台阶分部开挖，并及时进行永久支护和临时支撑。施工现场导坑上下台阶开挖情况见图3。

图3 导坑上下台阶开挖

3.2 对拉锚杆加固中央核心墙

从墙底到墙腰，对拉锚杆按梅花形进行布置，每棵锚杆端头用高强度锚定板锁住，墙临空端面挂网锚喷封闭，使核心土与临时支撑通过对拉锚杆加固形成一座具有支撑上部荷载的支撑墙，暂时支撑隧道拱顶上方荷载，然后根据监测数据的变化情况，待变形稳定后，运用人工或机械从拱顶往下逐级掏挖核心土，并及时对拱顶进行永久支护。现场隧道核心强对拉锚杆加固情况见图4。

图4 对拉锚杆加固后的核心土

3.3 调换核心土开挖与施作仰拱的顺序

先行施作两侧的仰拱，然后对拱顶部位的核心土开始掏挖，并立即支护，让整个隧道周界尽早闭合成环，使环形衬砌快速有效支撑围岩压力，防止松动圈位移不断扩大引发坍塌冒顶事故。隧道仰拱施作与拱顶掏挖支护及建成后的龙头山隧道分别如图5、图6所示。

图6 仰拱施作与拱顶掏挖支护

图7 建成后的龙头山隧道

4 结论

通过对双侧壁导坑法基本概念的详细了解，对各个工序特点及使用条件的分析，结合龙头山隧道洞口浅埋偏压段地质条件及隧道断面尺寸，成功使用并改进了双侧壁导坑法施工工艺，通过典型工程实践，主要得到如下认识和结论：

a）双侧壁导坑法施工步序必须根据实际地形地质条件及隧道断面尺寸，选择科学合理的工序进行开挖并及时支护，通过实践，龙头山隧道洞口段仰拱施作与拱顶核心土掏挖支护调换，左右侧导坑按上下台阶分部开挖的工序是有利于围岩稳定的；

b）龙头山隧道洞口浅埋偏压段采取临时斜撑与临时横撑相结合，有效改善了隧道初期支护的受力条件，避免了隧道偏压冒顶事故的发生；

c）大断面隧道左右侧导坑开挖完后，拱顶上部荷载全部集中作用在中央核心上，核心土受力十分不利，采用对拉锚杆及临时钢支撑加固核心土，使其成为一座具有较强承载力的核心墙，成功抵抗拱顶上部荷载，有效控制围岩松动及变形；

d）大断面隧道施工进洞必须充分依靠施工监控量测的数据，准确及时判断围岩的稳定状态，待稳定以后方可开展下一道工序。

[1]王梦恕.对21世纪我国隧道工程建设的建议[J].现代隧道技术，2001，1（38）：2-4.

[2]马科尼.双侧壁导坑隧道工法技术探讨[J].重庆建筑，2006，（4）：50-53.

[3]王梦恕.给《隧道建设》编辑部的一封信[J].隧道建设，2003，23（4）：1-4.

[4]张兵兵.双侧壁导坑法在超大断面隧道工程中的应用[J].价值工程，2012，（18）：51-52.

[5]官万轶，李海峰.双侧壁导坑法在地铁大跨度隧道施工中的应用[J].广东土木与建筑，2003，（7）：47-50.

[6]李善英.双侧壁导坑法在黄土隧道软弱段施工中的应用[J].青海交通科技，2008，（6）：51-52.

[7]吴占瑞，漆泰岳，唐进才.浅埋大断面隧道施工工法优化分析[J].工业建筑，2012，42（8）：102-106.

[8]董新平.浅埋大跨度隧道施工中非均衡支护设计的影响分析[J].岩土工程学报，2012，34（6）：1148-1153.

[9]李世贵，丁文其，王晓形，等.龙头山隧道施工监控量测总报告[R].上海：上海同岩土木工程科技有限公司，2007.

[10]李世贵，朱合华，蔡永昌，丁文其，等.龙头山隧道科研监测与围岩变形规律研究[R].上海：上海同岩土木工程科技有限公司，2007.