隧道洞口浅埋段开挖双侧壁导坑法施工技术研究

董伟伟

（北京铁城建设监理有限责任公司，北京 100080）

0 引言

双侧壁导坑法是在新奥方法的基础上发展起来的一种隧道施工工艺。通过对众多隧道工程实例的分析可知，双侧壁导坑法使用时地面沉降仅为其他工法的1/2。尽管其具有扰动大、剖面划分多等缺点，但各剖面均能在基坑开挖后自行封闭，故采用该法基本消除了土体变形等因素对隧道工程质量的影响。

1 双侧壁导坑法施工技术概述

1.1 工作原理

双侧壁导坑法的工作原理是采用两道中间隔壁将全隧道掘进面划分三个导坑，也就是右、中、左三个导坑。首先开挖左右两侧的导坑，接着分别对导坑进行初支和临时支护，再对中间的导坑进行初支护，初支护在仰拱处闭合成环，最后将左右两个导坑的临时钢架依次分段拆卸，使其成为一个整体。

1.2 双侧壁导坑法优势

从新奥地利隧道建设法（NATM）发展而来的双侧壁导坑法，适合于V 类及更高等级、地质条件更恶劣的大跨度、复杂地质条件下的隧道工程建设。其特点是：在施工时，将整个基坑平面划分若干个孔道，挖掘量很少，两边的每一个孔道都在挖掘完成后马上封闭，构成一种能有效承受横向土压力的、自给自足的、狭窄的竖直结构。所以，采用双侧壁导坑法可以对顶板的变形进行有效控制，保证工作面的稳定性，从而减少掘进时的危险[1]。

2 工程实例

2.1 工程概况

某隧道工程项目是一个双线隧道，进口和出口距离DK2+045，DK13+987，中间距离DK8+016，全长11.942km，最大埋深337m。多为平行区，入口半径为0.7km、0.6km，另有1.4km、1.7km 左右偏移，隧道位于两条平行线上，隧道纵向斜率为“V”字形，且隧道出口断面下斜率分别为-9.7‰、-30‰、25.2‰、30‰、-3‰，导线高度为107.57～214.678m。

2.2 工程难点分析

第一，由于岩石和周围岩石存在坍塌的危险，因此，隧道极易遭受地表塌陷、空洞和溶洞等天然灾害。第二，因为该工程中有部分地区属于低气体隧道，施工时有一定风险，要确保隧道的通风，以此降低安全事故的发生概率。第三，由于隧道周围存在人防通道、市政道路、房屋、交通干道等众多建筑物，所以，应按照《爆破安全规程》（GB 6722—2014）和《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB 10304—2020）等要求，采取相应的安全措施，在保障自身安全的前提下，保障其他建筑物的安全。第四，由于存在瓦斯、岩溶、危岩、断裂等多种不利地质条件，因此，该隧道属1 类危险隧道，具有一定的可预测性。

2.3 技术措施

第一，加大暗洞覆盖层的厚度，调节明洞。原本入口明洞为30m，根据实际情况，将其改为45m，并从0.6m 改为3m。

第二，在V 类软岩石中，在浅埋偏压力较大的情况下，必须使用双侧壁导坑法。采用“边挖边支护”的方法，使开挖断面由大化小。

第三，为了保证施工过程中的围岩稳定性，需要对施工中采用的提前预埋支撑方式进行合理调整。暗洞拱部原设计不动（φ42mm 超前小导管预支护不动），增设108 超前长管棚（40m）预支护，其环向间隔0.4m，在洞口开挖。另一种情况是在拱形部分，使用了两个φ42mm 的小直径提前管，对其进行灌浆，以达到加强的目的。该小管道长度4.5m，环形间隔0.2m，外推角度35°和10°，纵向间隔150cm。

第四，通过改变初始支护构造，减小隧道内的地层压力，保证隧道的稳定性。山侧侧墙使用带有排气系统的φ25mm 中空灌浆锚杆来取代原来设计中的φ22mm 砂浆锚杆，其轴向间距为1m，纵向间距为80cm，长度从原来的4m 调整为6m，呈梅花形。

第五，选择较细的管道进行灌浆。在工作面开挖时，要结合现场实际情况，对容易剥离的地方进行注浆，为了确保工作面的稳定，选择的是φ42mm、2m 长的小管道，间隔1m，呈梅花形。

第六，为增强其稳定性，可在明洞断面左边的斜坡上，采用1∶0.75～1.25 的填筑土体，并采用φ42mm 的小型管道（10m）灌浆，并采用φ25mm（6m）的空心灌浆锚杆（6m），间隔1.2m，呈梅花形，用于加强斜坡的稳定性。

第七，加强排水和防火措施。采取导流沟、集中排水等措施，将洞穴内的积液全部抽干；为实现降雨径向入沟快速排水，需对斜面上的排水沟进行修整与通畅；减少降雨入水，如有需要，用雨布覆盖，并选用钻孔法对地面的缝隙、孔隙进行夯实；对于周围及隧道中的溶洞，应视其水流状况而选用相应的治理方法，存在溶洞时应采取截断、引流等措施进行治理，而对于无水流通道的岩洞，可采用浆料碎块或干碎块来进行处理[2]。

第八，在施工期间，需根据岩层中的实际含水量，在岩层中穿入玻璃钢管道，以实现对岩层的蓄水和放水，注浆加固可选择直径为42mm 的小型管道。

3 双侧壁导坑法施工技术

3.1 施工要点

第一，考虑到工作面容易垮落，特别是侧壁下方。因此，必须在原来的基础上多加2 个步骤，共计10 个步骤。也就是最初的“②”和“④”被分成两个部分，②-1 和④-1 部的开挖高度是2.73m，②-2 和④-2 部的开挖高度是2.39m，见图1。第二，在洞口有偏压的情况下，首先开挖右侧洞口，以减小左边洞口开挖时的侧向压力。第三，在软硬岩石的稳固阶段，进行快速掘进，在8cm 厚度水泥喷出时，进行快速封堵，同时，对初支护和暂支护要进行快速支撑，以达到封堵的目的，一环套一环。第四，应预留核心位置为①③⑤⑥，应用上弧形小岛坑进行开挖，以此降低开挖面临孔的高度，减小斜坡的倾角。同时，为了避免基坑表面出现崩塌、滑落现象，在基坑开挖过程中，应根据现场条件，在进行初步支护后再进行开挖。第五，下部开挖必须在上部支护稳定后方可进行，以免影响上部围岩的正常施工和安全。为了预防上部出现断面现象，需要同时悬空两侧拱脚。也就是要交错进行开挖施工。第六，认真加固拱脚，并在各点上强化钢框，每一处的拱脚需要用2 根长6m、φ50mm 的钢管进行加固锁定。第七，在上方基坑和两边导向坑支护完毕后，设置监测点进行监测和测量，并对拱脚、拱顶和侧壁中间部位的定位进行适时修正。当观测到变形速率加快时，应及时进行仰拱预支封堵。第八，为确保工程的安全性，在拆除临时钢框架时，应使其间距小于5m。第九，二次衬砌必须在初始支护变形趋于平稳以后才能进行。第十，因为该项目涉及的部门较多，但作业范围相对较窄，各工艺环节可能互相影响，因此必须有统一的指令才能完成作业，确保各部门之间的配合，使各个环节井然有序[3]。

图1 双侧壁导坑法施工分部示意(单位：m)

3.2 旋喷桩注浆加固

采用φ900mm@70cm 桩径的三重管旋喷桩，对隧洞掘进线上2～3m 范围内的岩体进行强化处理，将整个区段作为一个加强体。

一是钻孔。在钻孔前，先进行孔高的测量，再做好数字和标定工作。在施工之前，要对孔间距、深度、孔的直径、垂直度进行检测，并选取DNI1O PVC 管对容易倒塌和有穿孔的地方进行护壁。

二是旋喷。为避免管道中的污泥积累，在插入管道时，一定要用塑料薄膜包裹高压水口。当水压足够高时，就用泥浆从上方向下喷射，为避免旋喷管道发生扭曲，应在达到规定的工作压力后再进行喷射。

3.3 超长管棚施工

超长管棚选用的是热轧无缝钢管，其钢管规格为φ108mm，壁厚8mm。该管棚应布置在拱部120°的区域内，间距应按照0.4m 的距离来设置。同时，为确保超长管棚连接牢固，需要利用丝扣套管进行管棚连接，其中丝扣套管的规格为φ121mm，壁厚8mm，长度400mm；连接超长管棚的单管长度为6000cm。

3.3.1 外置管棚。为了避免在隧道开挖段中出现“坠头”现象，外置管棚非常重要，科学合理的外置管棚能够发挥优良的围岩支撑作用。所谓外放距离主要指钢管中心点到隧道开挖轮廓线的垂直距离，用公式表示为：L=L1+L2+L3=35+10+20=65cm（其中，L1为钢管设计中心点到隧道开挖轮廓线的垂直距离；L2为预留隧道变形的数量；L3 为“坠头”的余数）。

3.3.2 安装导向管。导向管的安装是按照预先确定的大小来进行的，并在地下的一面墙壁上开有洞口，总共159 个洞口。导向管安装完毕后，进行逐一检验，以保证导向管的位置、方向、角度满足建设要求。若出现裂缝应将裂缝补上，通常使用高强度的环氧胶浆，然后再安装133 引导钢管。

3.3.3 机具和钻孔的选择。成孔机械的选用将直接关系到成孔效果。总体上，采用HGT-100 型水力卧式钻孔设备，对断层破碎带进行钻孔。根据下层条件配好洗浆泥浆。打开水泵后，先让清洗水流动一下，然后再继续钻进。在钻井作业中，必须选择电缆导向器进行分段测量，为了确保其精度，在出现倾斜时必须进行方位校正。需要注意的是，在工程建设过程中所发生的一切，都要做好登记，以备将来查询。

3.3.4 安装钢管。采用接管的方法将管道连接起来后再进行插入，准备4m 的标准管道以及几根2m的管道备用，便于交叉安装。

3.3.5 注浆。采用小管子逐个、重复地进行注水浆液的压实，将水灰比控制在0.6～1，并将注浆量和压力控制在0.4～0.6MPa。由于断裂的岩石是不完整的，因此最终的压强必须超过0.8MPa。

3.4 隧道双侧壁导坑法施工

3.4.1 洞门口地下连续墙破除。在地下连续墙钢筋混凝土破除时，应严格遵循工程施工工艺步骤，做好相关支护工作，并排摆放三棍钢筋钢架，按照1～6 的顺序进行施工。

3.4.2 超前小导管预支护。超前灌浆小导管同样选择的是热轧无缝钢管，其钢管规格为厚度0.35cm，φ42mm，长度为4m。环向间距设置为30cm，每一次搭接的长度为2m，其范围是180°，外插脚设置在10°。水泥浆在0.6～0.7MPa 的压力下，选择0.6～0.8 的水泥浆作为注浆材料。它的具体操作主要有：检查、注水泥、设置小孔、封堵工作面成孔等。

3.4.3 土方开挖与初期支护。导坑的开挖有先后次序，各坑间相距3～5m，导坑间互不干扰，各自独立进行。选择小型破碎炮来进行开挖，将泥土从小车上卸下，然后拖入土斗中，再用起重机将泥土直接运输到地表。在格子与岩石之间悬挂钢筋网，并与格子网相联结，联结要牢靠，各格子网使用M24A 系列螺栓及联结模板。在每一个格子框架的一侧，以及在通道的另一端，都安装纵梁，并在此基础上喷射预应力混凝土。弯曲墙体部位的网格应采用分段布置，在网格钢框架的基座上铺设方木，并选择砂砾填充。为预防格栅钢架连接不够紧密，喷射时不能喷混凝土。

3.4.4 中隔壁拆除与二次衬砌施工。隧道为弯曲状，需要适当减小二衬台车的长度，方能保障隧道间隙和真圆度。每一个仓段设置6m，应用前倾后拱的二衬选择办法。不仅要做好隧道的前期支护施工，还需要对相关施工活动开展密切的监测活动，收集实时数据变化。待数据稳定后，依据规范施工工序，对临时支架进行科学拆除，且每次拆除按照小于8m 的标准进行[4]。

4 隧道洞口浅埋段开挖双侧壁导坑法施工监测

隧道监测测量尤其重要，应予以足够的关注。监测测量结果可以起到复核工程方案优选的合理性和施工参数合理性的效果。通过对现场实际监控量测数据的分析（见表1）发现，变形和沉降都在可控制范围内。

表1 监控量测数据分析

5 结语

总之，隧道工程项目施工难度大，技术要求高，施工环境复杂。双侧壁导坑法能够将隧道断面划分若干个小断面进行施工，有助于确保隧道结构的稳定性和施工安全。文章结合工程实例，详细阐述双侧壁导坑法施工技术，取得较好的施工效果。同时，随着隧道施工项目的增多以及隧道施工环境的复杂化，双侧壁导坑施工工艺也将进一步完善和优化，从而更好地应对各种隧道施工难题。