复杂地质条件下大跨径地铁隧道双侧壁导坑法施工技术

贾贵宝

（中铁一局集团 第二工程有限公司，河北 唐山 063004）

0 前言

在城市隧道建设中修建浅埋大跨度区间隧道，洞室自稳性差、周边结构物、管线复杂，为确保浅埋大跨度隧道的施工安全及周边结构物与管线安全，施工过程中必须采用最佳的施工技术及方法，减少围岩扰动，最大限度地保持围岩应力，使隧道支护满足结构设计要求[1-2]。大连市位于半岛的城市，其地质条件主要体现为土松石碎、地下水丰富、岩层交错的典型复杂地质。地铁一二九街站～长春路站区间隧道渡线段围岩稳定性差、支护结构跨度大埋深浅，施工难度大，在施工中通过研究与创新，顺利完成该段主体施工，为类似工程积累了经验。

1 工程概况

本区间设计起讫里程为DK8+299.135～DK9+220.768，区间里程DK9+136.447处线路右侧设施工竖井，区间DK8+885.500处设联络通道，为线路最低点位置，与泵房结合设计，DK8+535.000处左右线均设人防段。本区间隧道采用暗挖法施工，为单洞单线或单洞双线马蹄形断面，复合式衬砌。线路纵断呈“V”字型坡，区间最大覆土厚度23m,最小覆土厚度10m。

本区间在里程DK9+124.168～DK9+203.856段设计为区间渡线段，渡线段隧道开挖断面宽度20.4米，高度14.2米，拱部埋深10.4～12.2米，设计采用双侧壁导坑法进行施工。

1.1 工程地质

本区间整体上看东高西低，属于剥蚀低丘陵。该场区位于复州-大连凹陷南部，四级构造单元在地层区划上属于旅大小区，除有太古界基底出露外，盖层以上为上元古界及古生界地层为主。中、新生界不发育。

沿线NW断裂多为张性断裂；EW向断裂十分发育，为逆冲断裂，全部南倾，伴有燕山期辉绿岩脉侵入。断层活动性调查结果表明，两组断裂没有发现晚更新世以来的活动迹象，均属早中更新世活动断裂或前第四纪活动断裂。

1.2 水文地质

大连市的气候属温带季风气候，并具有海洋影响的特点。冬季气温较低，降水少。夏季气温较高，降雨集中，较多。气候和降雨量随冬、夏季风的转换而变化。每年5-9月为雨季。

本场地地下水按赋存条件主要为空隙水及基岩裂隙水。空隙水主要赋存在素填土层及卵石层中，基岩裂隙水主要赋存于强风化及中风化板岩中。稳定地下水位埋深5.9～9.40m，水位高程2.63～9.71m，年水位变幅约1～3米。地下水的排泄途径主要是蒸发和地下径流，主要补给来源为大气降水和周边低丘陵地貌径流补给。

1.3 周边环境

本区间主要沿中山路敷设，地下管线密集，区间两侧建筑物林立，主要为企事业单位、商铺、住宅和学校等。区间线路侧穿或下穿大连市公安局、大连市检察院、大连市法院、大连市市政府、大连医科大学附属第一医院、大连市百盛购物中心大楼、大连市人民广场以及人民广场下防空洞等。本区间地面为中山路，车流较大，地下管线密集，道路两边有重大型车辆通过，交通繁忙，车体重大，车速较快，隧道受到的冲击力较大。

2 双侧壁导坑工艺原理及特点

双侧壁导坑法工艺即在主体隧道两侧施作先行侧壁导坑，先行侧壁导坑提前进洞,进行支护和加固处理，使侧壁导坑之间的未被开挖掉的土体成为两道侧壁间的横撑，从而成一个稳定可靠的“地下基坑”的围护结构，承受因开挖主体隧道而产生的土体的侧向压力，并限制围岩土体的竖向变形(沉降)[3]，同时，对富水地层进行洞内水平降水。在导洞临时侧壁支护下，区间隧道施工以新奥法为依托,采取加密超前管棚、加强超前注浆、初支背后注浆加固支护方法，控制地表下沉，通过全过程的施工监控量测，监视土体及结构的稳定，随时调整支护参数，使主体结构能安全顺利地建成。

双侧壁导坑法运用“新奥法”基本原理，采用锚喷支护，充分利用围岩的自承能力，对原状土体扰动小，并且能够将数据处理和信息反馈技术应用于施工，能确保施工安全、快速。利用双侧壁导坑法对隧道进行施工，能很好的解决围岩极易坍塌变形段大断面隧道开挖的安全性问题，且其自身结构简单，安全可靠，拆装方便、灵活。能有效地保护围岩原状土体结构，使工程的施工对原状土体的影响非常之小。

3 施工方法

3.1 施工技术难点

双侧壁法施工应遵循“超前支护、短进尺、强支护、早封闭成环、勤量测、衬砌紧跟、用量测指导施工”的原则进行施工[4]。

3.1 双侧壁导坑分部开挖尺寸的确定

双侧壁导坑法，一般是将整个断面分为8个或12个小的导坑断面，单个导坑高度在2.5～4.5 m之间[5]，导致空间较狭小，一般不适于施工机械作业，只能采用人工开挖，掘进效率低。

考虑现场实际地质条件，先采用超前支护对导坑掌子面土体进行喷混凝土封闭加固，施工中单个导坑高度采用4.5～5.5 m，宽度约4.5～5.5 m，增加了开挖速度，在可自稳条件下减少了围岩暴露时间和对围岩的扰动。实际分部数为9个，见图1所示。

3.2 双侧壁导坑法施工顺序

施工顺序如图1所示。图中：1、4部侧壁导坑断面开挖及相应的初期支护；2、5部侧壁导坑断面开挖及支护；3、6部侧壁导坑断面开挖及相应的初期支护，回填部分土体以利行车及反压；7、8、9顺序开挖及相应的初期支护；分段整体仰拱灌筑分段长度4～6m。

图1 双侧壁导坑法施工工序

图2 双侧壁法施工工艺流程图

3.3 施工工艺流程简述

双侧壁导坑法施工工艺在特殊地质条件下具有特殊性，通过对本项目施工工艺流程进行简述，为相似工程提供参考（施工工艺流程图见图 2）。

1)侧壁导坑施工

一侧导坑先施工，另一侧导坑滞后15～20m施工。

2)导坑上半断面施工

开挖之前，在1号导坑测量画出开挖轮廓线，沿开挖轮廓线打设超前小导管（Φ42@300，t=3.25mm，L=3m，两榀一打）并注浆；台阶法开挖1号导洞，每次开挖进尺0.5m，采用人工开挖，装载机运土至洞外装车；周边初喷混凝土进行初期支护及中隔板，厚度5 cm；架立工字钢架，挂外侧钢筋网，焊外侧纵向连接钢筋，工字钢架间距0.6 m，在底部横向设H17.5型钢临时支撑并纵向连接钢筋；在周边钻锚杆孔，安装系统径向锚杆并注浆，安装锁脚锚杆（Φ42，t=3.25mm，L=3m，每榀工字钢2根）并注浆；周边临时支撑间喷纤维混凝土至一定厚度，临时支撑间一次喷满；周边挂外侧钢筋网，焊外侧纵向连接钢筋；周边复喷纤维混凝土至设计厚度。

3)中导洞断面开挖施工

待1号导坑开挖15m后，台阶法开挖2号导洞；周边初喷混凝土，厚度5 cm；架立格栅钢架，挂钢筋网，焊纵向连接钢筋，格栅钢架间距0.6 m；在周边钻锚杆孔，安装系统径向砂浆锚杆及锁脚锚杆并注浆；周边复喷钢纤维混凝土至设计厚度。

4)导坑下半断面施工

待2号导洞开挖15m后，台阶法开挖3号导洞；如上完成侧墙及仰拱初期支护；在侧墙钻锚杆孔，安装系统径向砂浆锚杆并注浆；待3号导洞开挖完成后，施做该导洞仰拱防水垫层及防水保护层；按照设计图纸施做左侧仰拱二衬钢筋及二衬混凝土，完成左侧仰拱二衬结构施工。

5)侧墙二衬结构施工

待底部仰拱二衬结构施工完成后中部支撑断面施工之前，施做仰拱回填部分；仰拱回填施做完成并达到强度后，分段拆除临时中隔板，采用整体液压台车施做侧墙二衬结构；侧墙二衬结构拆模后，及时采用工25b工字钢进行侧向V字型支撑，确保施工安全，左右两侧交错施工。

6)中部支撑断面施工

左右两侧侧墙二衬结构完成后，在7号导洞（中部上导洞）拱部打设超前导管，注浆加固地层；台阶开挖7号导洞，及时施做初期支护，并在中部做竖向临时钢支撑；7号导洞（中部上导洞）开挖8～10m后，分段拆除左右两侧导洞内壁上部的临时中隔壁和拱部的竖向临时钢支撑，及时铺设拱部防水层并施做拱部二衬结构，每循环长度不大于6m；分段拆除中隔壁和临时横撑，由上向下逐步开挖8号导洞（中部中导洞）及9号导洞（中部下导洞）；分段开挖底部仰拱，并及时封闭初期支护，仰拱每次开挖长度不超过2～3榀钢架间距；仰拱开挖长度达到6m时，分段拆除相应中隔壁施做仰拱防水垫层及保护层，并施做仰拱二衬结构；最后施做9号导洞（中部下导洞）仰拱回填，完成区间渡线段开挖及二衬结构施工。

4 结论

大连地铁隧道，从2009年12月1日开始施工，2013年12月主体竣工，工程的成功实施，积累了在复杂地质条件下大跨径地铁隧道施工技术的宝贵经验。主要结论如下：

（1）通过施加超前小导管可增加摩擦力，改变围岩的自身支撑强度。

（2）对各导坑采用台阶法施工时，可有效的减少工序循环时间和施工干扰，加大施工进度。

（3）复杂地质条件下大跨径地铁隧道采用双侧壁导坑法虽然施工工序繁琐，但通过对施工工艺进行调整，合理安排人员和机械，控制好施工工序和施工要点，仍可以在确保安全施工的前提下有效提高施工进度。

［1］高海宏.复杂条件下大跨公路隧道施工中的关键技术 [J].隧道建设,2008,28(1):51-55.

［2］施仲衡.浅埋暗挖法设计理论论述[J].现代隧道技术,2005,42(2):37-39.

［3］宋长银.黄土隧道施工：双侧壁导坑法[J].甘肃科技,2009,25(17):126-129.

［4］蓝洋.羊角大断面隧道双侧壁导坑施工[J].隧道建设,2009,2.

［5］郝小苏.龙头山八车道公路隧道双侧壁导坑法施工[J].铁道标准设计,2008(z2):96-99.

［6］汪立新.大跨度隧道单-双侧壁导坑法施工力学分析[J].西部探矿工程,2008(10):170-173.

［7］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,2008,6:20-23.