双侧壁导坑法在大跨度分离式隧道施工中的应用研究

作者简介：黄乐华（1989—），工程师，主要从事高速公路项目施工技术管理（隧道施工技术管理）工作。

为解决大跨度分离式隧道施工的稳定性问题，文章结合巴平高速公路2号大断面分离式Ⅴ级围岩隧道施工实例，从开挖及支护、拆除临时支护和二次衬砌等方面研究了双侧壁导坑开挖工法。通过对该隧道右线进口段YK5+075断面围岩的拱顶沉降、收敛位移及地表沉降位移进行监控量测，判定隧道围岩-支护体系的稳定性。结果表明，右线进口段YK5+075断面的拱顶沉降位移最大值为15.86 mm，收敛位移最大值为8.64 mm，地表沉降位移最大值为8.27 mm，均未超过预警值，施工方案效果良好。

双侧壁导坑法；大跨度分离式；隧道；施工；应用

U455.4A481703

0 引言

我国西部地区山岭众多，修建隧道经常面临断面跨度大、埋深浅等实际问题，在开挖施工过程中存在一定难度与风险［1］。对于大跨度隧道而言，由于高度基本保持不变，只是增大隧道的跨度，使隧道开挖后应力重分布差，对围岩稳定和结构受力产生不利影响，施工阶段的安全风险压力巨大，因此大跨度隧道施工技术应运而生［2］。双侧壁导坑法是一种主要的大跨度软弱围岩段施工技术，它将整个隧道断面分为左、中、右3个断面，可以减小单次开挖面积，并且边开挖边支护，最终形成一个完整的全断面，降低隧道围岩的沉降［3］。近年来，国内外学者们对双侧壁导坑法在大跨度隧道的应用比较关注，研究成果也较多，部分成果已成功应用到了隧道施工中，并取得了良好的效果［4］。基于此，根据巴平高速公路2号隧道工程的特点，阐述双侧壁导坑法的施工方法，验证该隧道施工方案的效果，为以后类似隧道施工提供一定的借鉴。

1 工程案例

1.1 工程概况

巴平高速公路位于河池市及百色市，其中以2号隧道为例，该隧道设计为分离式双洞六车道单向行驶隧道，单洞为大断面隧道，洞净宽为19.18 m，净高为11.19 m。右线设计里程为YK5+070～YK7+155，进洞口路面高程为178.805 m，出洞口路面高程为182.607 m，长2 085 m，最大埋深约为36 m。左线设计里程为ZK5+098～ZK7+167，进洞口路面高程为178.202 m，出洞口路面高程为181.878 m，长2 069 m，最大埋深约为48 m。

1.2 工程地形及地质条件

隧道项目位于中低山区，山体连绵起伏，地形起伏较大，山体长期受剥蚀切割作用，局部全风化基岩裸露，局部为残坡积土层覆盖。进出洞口端分布近南北向冲沟，多呈“V”字型沟谷切割较深。进出洞口端山体为缓坡地形，自然坡度为25°～35°。地表植被发育，多为树木及杂草。根据地质调查及钻探揭示，隧道区地层主要由粉质黏土、碎石、泥岩、砂岩组成。勘察区岩层产状多变，岩石裂隙较发育-发育。节理裂隙多具压扭性，裂隙较平直，多呈闭合状，部分呈张开状，围岩质量较差，属Ⅴ级围岩［5］。

2 施工方案选择

根据现场踏勘，建设场地未发现明显的崩塌、滑坡、不良地质作用，属于相对稳定的地区。根据前期勘测资料，目标段内围岩类别均为Ⅴ级，由于岩（土）质风化严重，以破碎状为主，且隧道工程断面相对较大，缺乏完整性与稳定性，常规的台阶法开挖极易导致坍塌。因此，综合考虑安全、质量、进度等多方面因素，选择采用双侧壁导坑法进行开挖施工，先对隧道右线YK5+070～YK7+155段进行开挖，以最大程度降低施工安全风险。施工过程尽量采用挖机和人工配合的方式，局部需爆破施工时，采取弱爆破施工，开挖严格做好监控量测工作，同时应有较准确的超前地质预报。各导洞开挖后，应及时尽早封闭成环。由于工作面较多，要做好施工组织协调工作［6］。

3 隧道双侧壁导坑法施工要点

双侧壁导坑法以新奥法基本原理为依据［7］，把隧道断面分割成左、中、右3个小断面施工，解决大断面、浅埋隧道开挖的安全性问题。左右对称导洞断面周边轮廓圆顺、近似椭圆，初期支护采用柔性支护体系，可辅加临时支护措施，确保断面尽早闭合，通过围岩的自承能力控制围岩变形，确保施工安全，具体施工工艺如图1所示。

3.1 开挖及支护

基于巴平高速公路2号隧道施工组织方案，洞口段明洞设计过长，采用外接拱架回填反压仰坡，缩短明洞。针对隧道洞口的浅埋Ⅴ级围岩段而言，先做好地表防排水，然后选择注浆小导管进行预注浆，从而增强土体结构稳定性。小导管采用直径为50 mm、长度d为5 m的热轧无缝钢管。纵向间隔距离为2.8 m，环向间隔距离为0.5 m，水灰比控制为1∶0.5，注浆压力在0.5～1.0 MPa。待土体结构稳定性后再进行洞口开挖，隧道边墙与仰拱采用圆顺连接，并在圆顺连接的外侧适当扩大拱脚，进洞后加强支护［8］。为减少开挖方法之间的复杂转换，采用双侧壁导洞法，且两洞错开施工。将隧道断面划分为左侧导洞上台阶、左侧导洞下台阶、右侧导洞上台阶、右侧导洞下台阶、中部主洞上台阶、中部主洞中台阶和中部主洞下台阶7个部分，左右导洞间距应≥5 m，按顺序根据图纸进行开挖。如图2所示。

（1）对左侧导洞进行分台阶法开挖，先开挖左侧导洞上台阶，布设初期钢拱架等刚性支护，并选用C25混凝土进行混凝土结构层喷射，喷射厚度≥4 cm。为实现左侧导洞墙体支撑，在左导洞的右侧壁上建立钢筋网与锚杆临时支护。然后开挖左侧导洞下台阶，下台阶开挖滞后于上台阶10～15 m，同理施作初期支护及临时支护，使其自身能够产生闭合结构。

（2）当左侧导洞开挖推进距离达10 m时，对右侧导洞进行开挖。如同左侧导洞一致，右侧导洞建立初期支护和临时支护，从而使右侧导洞形成稳定闭合体系。

（3）中部主洞核心部分分三层开挖，待右侧导洞开挖长度＞10 m时，开挖中部主洞上台阶核心土，建立拱部初期支护及水平临时支撑。同理，对中部主洞中台阶和下台阶进行开挖，每层相比于上层滞后10～15 m。当中部主洞下台阶核心土开挖完成后，施作初期支护，做到早封闭、早成环。

3.2 拆除临时支护

在完成隧道同断面的初期支护结构后，在拱顶及两侧设置监测点，对支护结构受力状态和围岩稳固状况进行监测，然后判断隧道岩体是否失稳，当各项监测数据结果符合规范，可以拆除临时支护。为避免影响初期支护结构的稳定性，临时支护拆除必须严格控制震动情况。通常以中间临时仰拱为起点进行拆除，再拆除两侧导洞临时支护。拆除两侧临时支护时，需要先将混凝土凿除，整齐切割钢筋网与锚杆，完成钢拱架防护处理，并切割处理钢拱架的连接板，最后拆除钢拱架。待现场全面清理后，对初期支护破损位置的混凝土喷射找平。

3.3 二次衬砌

对于隧道洞口段、浅埋段、围岩松散破碎段，尽早施作二次衬砌。在二次衬砌的作业区段，根据设计内容与要求绑扎仰拱二衬钢筋，敷设防水层及防水保护层，以免出现渗漏水问题。检查隧道中线、高程及断面尺寸，都符合要求后，衬砌台车进场，进行整体浇筑拱墙全断面二次衬砌，衬砌台车根据施工顺序移位，完成二次衬砌作业。

4 隧道监测分析

4.1 监测方案

由于巴平高速公路2号隧道跨度大、矢跨比小，且又处于浅埋段，因此，围岩及地表变形较为敏感。为了检验双侧壁导坑法在该隧道的应用情况，将拱顶和地表沉降作为验证对象，对隧道开挖过程的拱顶沉降、地表沉降开展了监控量测。在隧道开挖施工过程中，监测断面每隔5 m布置一个，监测频率为1次/d。选取隧道右线进口段YK5+075断面的拱顶和地表沉降数据进行分析。在YK5+075断面的中部主洞拱顶、左导洞拱顶、右导洞拱顶设置3个拱顶沉降测点，分别为GD1、GD2、GD3；在中部主洞上部、左导洞中部、右导坑中部设置3条围岩收敛测线，分别为SL1、SL2、SL3（如图3所示）。

另外，在垂直于线路方向设置13个地表沉降测点，分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12、A13，每个测点间距3 m，如图4所示。

4.2 监测结果

拱顶沉降、收敛位移及地表沉降位移监控量测时间均30 d，连续记录数据，并进行分析。右线进口段YK5+075断面的拱顶沉降及收敛位移监测数据如图5所示。根据地表沉降位移测结果得知，最大地表沉降位移出现在A5测点，其地表沉降位移量测数据如图6所示。

由图5可以得知，拱顶沉降及收敛位移在开挖后4 d内，位移增长速率较快，之后中部主洞拱顶沉降及收敛位移增长速率较左导洞和右导洞要快。其中，右导洞沉降及收敛位移增长速率最慢，并且沉降及收敛位移最小。左导洞总沉降及位移量最大，主要是由于左导洞优先开挖造成。巴平高速公路2号隧道右线进口段YK5+075断面的最大拱顶沉降及收敛位移出现在左导洞中，拱顶沉降位移最大值为15.86 mm，收敛位移最大值为8.64 mm。

由图6可以得知，隧道地表沉降位移最大值为8.27 mm，而导致A5测点地表沉降位移最大的原因是由于大断面隧道的开挖必然扰动上覆土体，先行开挖的左导洞对上覆土体的扰动程度最大，而A5测点正好位于左导洞拱顶上方，当左导洞上台阶开挖时，必然引起临近测点土体的扰动，沉降位移量会突增，且后期也会受到中部主洞上台阶开挖和右导洞上台阶开挖的影响，最终导致A5测点累计沉降位移量最大。

以上拱顶沉降、收敛位移及地表沉降位移监控量测数据无较大异常变形值，且最大值都处于控制范围内，未超过预警值，表明施工方案效果良好。

5 结语

本文鉴于大跨度分离式隧道的工程特点，以巴平高速公路2号大断面分离式Ⅴ级围岩隧道为研究对象，进行双侧壁导坑法开挖施工，并结合施工现场的监控量测结果，得出以下结论：

（1）通过使用双侧壁导坑法，可有效解决在围岩条件差路段的大跨度分离式隧道施工困难，同时又可以保证围岩的稳定性，施工效果良好。

（2）在双侧壁导坑法开挖过程中，要配合好超前支护、初期支护和临时支护工序，并尽早封闭成环，以控制好施工中围岩的变形及稳定性。

（3）对于先行开挖的隧道右线YK5+070～YK7+155段，结合现场监控量测结果，得出开挖顺序对围岩结构的位移变化特征，进口段YK5+075断面监控测量的最大拱顶沉降及收敛位移出现在左导洞中，地表沉降位移最大处位于A5测点。

参考文献

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［8］盛汉洋.“CRD法”及“双侧壁导坑法”在小净距、大断面隧道施工中的应用［J］.建筑安全，2020，35（5）：31-35.