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1、雙側壁導坑法施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0104-第五工程 劉強1 序言1.1 工藝工法概況雙側壁導坑法施工廣泛應用于大跨度隧道、地鐵、海底隧道、水底隧道和沉降要求尤其嚴格地下工程。雙側壁導坑法先開挖隧道兩側導坑，立即施作導坑四面早期支護及臨時支護，然后再分部開挖中部剩下土體隧道開挖施工方法。通常將斷面分成四塊：左、右側壁導坑、上部關鍵土、下臺階。分部立即支護，形成支護整體，縮短作業循環時間，逐步向縱深推進作業方法，形成開挖及施作早期支護，混凝土仰拱緊跟下臺階立即施作組成穩固早期支護體系。1.2 工藝原理雙側壁導坑法是采取先開挖隧道兩側導坑，在開挖導坑時盡可能降低對圍巖擾動；并立2、即施作導坑四面早期支護及臨時支護，必需時施作邊墻襯砌，控制圍巖變形；進行信息化施工管理，隨時掌握施工過程動態改變，然后再依據地質條件、斷面大小，合理安排、調整施工工藝和設計參數，確保施工安全。2 工藝工法特點2.1以巖體力學為基礎，新奧法、信息化指導施工，采取監測信息化技術指導施工，使施工及成本一直處于受控狀態。充足發揮圍巖自承能力及支護能力，確保圍巖穩定。格柵支撐（鋼架支撐）和掛網、噴射混凝土相結合柔性支護，能很好適應圍巖改變，而且支護剛度隨噴射混凝土強度增加而增加，使支護結構和圍巖形成了一個整體，充足發揮圍巖自承能力。2.2 能有效控制圍巖變形和地表下沉量。因為采取分部開挖、分部支護封閉，3、支護體系能立即、充足發揮作用，降低對圍巖擾動，使圍巖變形和地表下沉得到控制。2.3 作業安全可靠。本工法開挖斷面小，降低了圍巖暴露范圍，早期支護立即施工，立即封閉成環，大大降低了垮塌幾率，提升了施工安全。2.5 超前開挖雙側壁導坑，還能夠起到預報地質作用。3 適用范圍本工藝工法適適用于-級軟弱圍巖，關鍵用于大跨、淺埋、不良地質隧道工程。4 關鍵引用標準4.1高速鐵路隧道工程施工技術指南（鐵建設【】241號）、鐵路隧道工程施工技術指南（TZ204）、鐵路隧道工程施工質量驗收標準（TB10417）、鐵路工程測量規范（TB10101）、公路隧道施工技術規范（JTG F60）、公路工程質量檢驗評定標準4、（JTG F80/1）。4.2設計圖紙、協議文件。5 施工方法雙側壁導坑法施工前必需先做超前地質預報，初步判定前方圍巖后，通常將開挖斷面分成四塊：左、右側壁導坑、上部關鍵土、下臺階。首先開挖隧道左右導坑，導坑尺寸側壁導坑尺寸應本著充足利用臺階支撐作用，并考慮機械設備和施工條件而定。在開挖導坑時，盡可能降低對圍巖擾動，并立即施作導坑四面早期支護及臨時支護，必需時施作邊墻襯砌，在開挖拱部時先做超前支護，待拱部超前下部35m后施工下部及仰拱開挖及早期支護，在澆筑仰拱及填充混凝土之前拆除中隔壁臨時支護。建立一整套圍巖支護結構監控量測系統，進行信息化施工管理，隨時掌握施工過程中動態改變，合理安排，立即調5、整施工工藝和支護參數，確保施工安全。 6 工藝步驟及操作關鍵點6.1 施工工藝步驟雙側壁導坑法開挖橫斷面示意圖1，施工工藝步驟圖見圖2。II2IIIIIII45I3III6II121圖1 雙側壁導坑法開挖橫斷面示意圖右側導坑超前支護1右側導坑上部開挖I右側導坑上部支護2右側導坑下部開挖II右側導坑下部支護施工準備超前地質預報左側導坑超前支護1左側導坑上部開挖I左側導坑上部支護2左側導坑下部開挖II左側導坑下部支護仰拱澆筑、回填混凝土III拱部超前支護3拱部開挖III拱部早期支護4、5部開挖6部仰拱開挖、初支封閉拆除中隔壁臨時支護監控量測下一循環施工圖2 雙側壁導坑法施工工藝步驟圖6.2 操作關6、鍵點 施工準備1風、水管、電線敷設、施工便道、施工場地部署，機械設備、人員配置、材料準備、修建防排水設施。2依據設計資料具體分析了解工程地質、當地水文地質情況，制訂合理施工方案和施工方法，制訂施工監控量測方案及沉降觀察計劃。 施工步驟1前地質預報及導坑超前支護采取地質雷達、超前鉆孔和地質素描對前端圍巖情況進行初判，以指導開挖。超前鉆孔通常采取3個孔品字型部署，外插角控制在57，使前方鉆孔在開挖輪廓線以外3m。在開挖導坑之前，必需先施工導坑超前支護，超前支護通常采取423.5mm無縫小導管，小導管外插角控制在510，并注1：1水泥漿。2壁導坑開挖側壁導坑采取微臺階法開挖，上半斷面超前2.53.07、m，配置小型挖掘機裝碴，自卸汽車運輸。1) 先行側壁導坑開挖上臺階開挖作業高度為通?？刂?.52.0m，使用34臺氣腿式鑿巖機鉆眼，弱爆破，或人工配合機械開挖，每循環進尺控制在1.0m內或根據設計鋼架間距確定。下臺階開挖一次到仰拱，也使用34臺氣腿式鑿巖機鉆眼，弱爆破，或人工配合機械開挖，每循環進尺控制在1.0m內或根據設計鋼架間距確定。初支立即成環。2) 后行側壁導坑開挖為了避免應力疊加，先行導坑超前22.5倍中部厚度，通常控制在1020m內。當先行導坑超前距離滿足時，兩側導坑可同時開挖。后行導坑開挖、支護方法和先行導坑相同。3中央部分開挖在不影響兩側壁導坑開挖時可進行中央部分開挖，中央開挖8、也采取微臺階法，配置小型挖掘機裝碴，自卸汽車運輸。1) 上臺階開挖在開挖3拱部部位之前，必需先施工拱部超前支護，超前支護通常采取423.5mm無縫小導管，小導管外插角控制在510，并注1：1水泥漿。上部臺階高通?？刂圃?.53m，預留關鍵土，依據地質情況采取35臺氣腿式鑿巖機鉆眼，弱爆破，或人工配合機械開挖，每循環進尺控制在1.0m內或根據設計鋼架間距確定。開挖后立即初噴混凝土，安裝鋼筋網片，然后安裝鋼支撐，鋼支撐相互采取縱向鋼筋焊接，鋼架腳趾處設置鎖腳錨桿或錨管，鋼支撐腳板必需和兩側導坑鋼架連接牢靠。復噴噴混凝土，立即封閉成環。2) 下臺階開挖下臺階開挖一次到仰拱，依據地質情況也使用46臺氣9、腿式鑿巖機鉆眼，弱爆破，或人工配合機械開挖，每循環進尺控制在1.0m內或根據設計鋼架間距確定。開挖后立即初噴掌子面混凝土，安裝仰拱鋼支撐，然后安裝鋼筋網片，鋼支撐相互采取縱向鋼筋焊接，鋼架腳趾處設置鎖腳錨桿或錨管，鋼支撐腳板必需和兩側導坑鋼架連接牢靠。復噴混凝土，立即封閉成環。3）監控量測立即搜集及整理分析拱頂和邊墻圍巖監控量測數據，量測數據在許可范圍內后進行下道工序施工。4壁墻拆除依據施工進度及施工需要，為確保二次襯砌能夠立即跟進，行車隧道早期支護臨時支撐需要拆除，不過，為了施工和隧道結構安全，臨時支撐必需滿足以下多個條件方能進行拆除作業。1) 拆除條件 支護拆除前必需確保拆除段臨時支護已經10、封閉完成，且結構符合規范和設計要求。 拆除判定標準要求以下：支護拆除前該拆除段沉降和收斂量測結果全部滿足穩定條件，沉降收斂達成穩定標準為收斂不超出0.2mm/d。拱頂下沉量控制在7d時間增量2mm；凈空位移量控制在7d間增量4mm。 拆除臨時支護作業點離最近中部開挖掌子面距離不得小于50m，臨時支護拆除后立即進行二次襯砌支護。2) 拆除次序在拆除中隔壁臨時支護后必需立即施作仰拱。拆除時采取破碎錘破除噴射混凝土，用氧炔焰割除連接，局部采取風鎬破碎。臨時支護拆除時一次性拆除長度以小于5m為宜。拆除次序為：破除先行導坑壁墻混凝土割除先行導坑壁墻工字鋼破除后行壁墻混凝土割除后行導坑壁墻工字鋼。5仰拱，11、施工仰拱初支。每循環開挖23m，一次安裝46榀型鋼，仰拱鋼支撐和墻下部鋼支撐經過焊接牢靠，仰拱施工期間采取棧橋保持通行。 監控量測關鍵施工監測項目見表1表1 監控量測項目表序號量測項目量測方法和儀器測點部署測量頻率測量精度2水平收斂量測收斂計、反射膜片配合全站儀每1030m一個斷面，上下2條基線4個點5mm（01B）2次/d；15（12B）1次/d；0.51 （12B）1次/23d；0.20.5 （25B）1次/3d；0.2 （5B）1次/7d。0.1mm3拱頂下沉水準測量方法，水準儀、鋼尺等每1030m一個斷面，1個點1mm注：B隧道開挖寬度，變形速速7 勞動力組織因為采取雙側壁導坑施工隧道12、，通常地質條件很差，施工進尺短，而且采取雙側壁導坑施工，將開挖斷面分割成3部分，大型機械基礎用不上，所以人員配置很關鍵。人員安排多則浪費，安排少則不能正常工作。經過實踐，總結出一個工作面比較理想人員配置，某單個工作面勞動力配置見表2（供參考）表2 某公路隧道單工作面作業勞動組織表（2班）序號工作項目作業內容人數1開挖鉆孔或風鎬手14挖掘機司機2自卸車司機62早期支護型鋼加工4鋼筋網片加工2鋼架安裝8噴射混凝土12混凝土攪拌運輸罐車司機43混凝土生產混凝土攪拌機司機2裝載機司機2機械修理工14測量技術員2測工45其它現場管理人員6施工配合人員（電工、修理工、空壓機司機158 關鍵機具設備雙側壁導13、坑法將開挖施工作業面分成3部分，機械配套合理是否，對施工影響較大。配套機械多，造成機械浪費，不然將功效低。所以施工時合理安排機械不僅能夠加緊施工進度同時還能夠節省施工成本。依據機械工作能力和實際工作量，某公路隧道單個工作面關鍵機械配置如表3，供參考。表3 某公路隧道單個開挖面機械設備配置表序號作業機具設備名稱規格型號單位數量備注1施工通風軸流式通風機SDF（c）-NO110臺1通風2施工照明低壓變壓器24v,10kw臺4掌子面及二襯施工平臺3施工用電發電機250kw臺1備用變壓器500kw臺1施工及生活用電4開挖挖掘機PC-300-6臺1開挖挖掘機PC50-7MR臺1開挖東風（斯太爾）自卸車114、5t輛3出碴空壓機4L-20/8臺3高壓供風空壓機L2-10/8臺1高壓供風氣腿式鑿巖機YT-28臺12礦用電鉆50臺5掘進打錨管、錨桿5早期支護工字鋼彎曲機GW1-200臺1型鋼加工鋼筋彎曲機GW臺1鋼筋加工鋼筋切斷調直機GQ臺1鋼筋加工等離子切割機GW臺1鋼板切割交流電焊機BX1-500臺6鋼架、網片加工及安裝臺式鉆床24025臺1鋼板加工壓漿機臺1錨桿注漿混凝土濕噴機TK-500臺3噴漿6量測及測量儀器全站儀萊卡402臺1方向控制水準儀萊卡N2臺1標高控制塔尺5m個2標高控制精密水準儀萊卡N2臺1沉降觀察因瓦尺個2收斂儀JSS30A個2量測錨桿拉拔儀BL150B個1錨桿拉拔應力測試儀套115、應力測試9 質量控制9.1易出現質量問題9.1.1采取雙側壁導坑法施工隧道，通常情況下，地質條件尤其差富水等地段輕易發生坍塌掉塊，變形大。鋼支撐安裝，連接質量不牢靠、鎖腳質量差、設計凈空尺寸不能確保。分部施工,增加了對支護擾動頻率，鋼支撐易產生下沉。開挖步距過大，閉環時間過長，鋼架發生變形。臨時壁墻拆除不妥，早期支護可能發生變形，甚至發生回頭塌。9.2確保方法9.2.1必需在開挖之前，在掌子面進行“品”字形超前地質預報，依據鉆孔情況分析地質條件，立即調整施工方案，施工中對有縫隙水出露地段，應加強引排，絕不許可浸泡基底。超前支護必需嚴格根據設計施工，外插角和搭接長度必需滿足設計和規范要求。鋼架連16、接采取焊接連接，鎖腳錨桿（管）采取加設、增加、盡可能徑向打設，尾部和鋼架焊接，鋼架腳板處設置混凝土基礎。控制量測數據視情況經過采取放大拱腳、墻腳，增加沉降預留量等來確保凈空尺寸滿足設計要求。錯臺開挖時，鋼架腳板位置，盡可能采取人工處理，避免機械碰撞擾動。9.2.4施工中除加強縱向連接、立即封閉成環和增強基底承載力等方法，同時應切實做好監控量測工作，立即進行數據分析，動態調整支護參數和預留變形量。9.2.5嚴格施工技術交底制,對作業人員定時進行質量教育和考評, 教育作業隊人員嚴格按設計及規范要求施工,確保施工工程質量。9.2.6上臺階開挖進尺為1榀型鋼間距，下臺階開挖進尺為2榀型鋼間距。9.2.17、7加強監控量測，立即反饋信息，依量測數據為依據，立即調整開挖工序及進尺。9.2.8鋼架、錨噴網支護要緊跟開挖進行，以利于發揮圍巖自承能力，確保施工安全。9.2.9鋼架安裝間距誤差要求在10cm內，錨桿間距誤差在15cm內，錨桿長度誤差在5cm內，鋼筋網片搭接寬度大于1個網格尺寸，誤差在5cm內，鋼架安裝垂直度誤差在2內，型鋼、網片、連接管之間焊接焊縫應飽滿，不應有假焊漏焊現象。9.2.10掌子面和仰拱之間距離小于20m，仰拱和襯砌之間距離小于30m。9.2.11材料采購前對分供方進行評定，選擇合格分供方廠家購料。所購材料必需附有說明書、合格證、技術檢驗證等質量證件，并滿足工程要求。9.2.1218、進入工地關鍵材料嚴格按要求和設計要求把關，全部廠制材料須有出廠合格證和必需檢驗、試驗單。對進場料、設備按技術質量標準、樣品進行嚴格檢驗，并事先確定關鍵檢驗料。9.2.13嚴格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用多種添加劑。10 安全方法10.1關鍵安全風險分析采取雙側壁導坑法施工隧道開挖要重視塌方、突水（泥、石）、大變形等安全風險評定，提出對應風險處理方法，編制施工應急預案。10.2 確保方法每次開挖后應派專員進行檢驗，處理危石、懸石，并設人監護。確定安全后，其它人員方準進入作業面。施工作業期間必需有專職安全員輪番值班。施工中應嚴格控制循環進尺和施工步距，掌子面到仰拱距離保持不超出20m，仰19、拱到二襯距離保持不超出30m。10.2.3施工時應嚴格根據設計要求挖大拱腳并安裝好鎖腳錨桿（管），在拱部拱腳處加大開挖尺寸，拱架拱腳處設置三角形狀，增加支撐點以提升拱架抗壓能力，在每榀拱架拱腳處設置2根大于3.5m鎖腳錨桿（錨管），一根錨桿（錨管）垂直巖面打設，一根下插3050，以確保鋼架下沉。施工時應做好防水和引排水工作，預防鋼架腳板被水軟化，引發過大下沉。10.2.5施工中發覺不安全原因時，應暫停開挖，加強支護方法。10.2.6施工中應認真做好臨時支護變形觀察、量測，并認真做好統計和數據處理工作，做好信息化施工。如發覺量測結果超出許可范圍時應立即停止開挖，采取加強方法，確保圍巖穩定和洞內施20、工安全。10.2.7加強洞內電力、通風、排水管線路管理，預防漏電、漏風傷人。認真落實施工應急預案，現場配置必需搶險機械、物資，并應進行針對性演練，出現問題快速采取方法，降低影響和損失。10.2.9加強機械保養維修，降低機械噪聲和廢氣排放。10.2.10做好洞內外文明施工，確保良好施工環境。11環境保護方法11.1采取弱爆破或人工配合機械開挖，降低了炸藥爆炸產生有害氣體和粉塵含量，降低了對空氣污染，節省了炸藥等能源消耗。11.2經過對大斷面隧道采取雙側壁導坑法分部開挖，充足利用人力和小型機具，降低了大型設備數量，從而降低了油料消耗，達成節能和環境保護要求。11.3對于雙側壁導坑法施工隧道，施工中21、加強施工用水管理，洞口設置污水沉淀池，預防污水隨意排放。11.4優化設計支護參數，節省錨桿和混凝土數量，從而節省建筑材料，起到節省能源目標。11.5隧道洞口和棄土場等立即修建擋護和排水系統，做到先擋后棄，預防水土流失，對環境造成影響。11.6施工廢水采取沉淀、過濾后達標排放。12 應用實例12.1工程介紹由中鐵一局集團第五工程承建龍頭山隧道是廣州公路東二環段建設工程中控制性工程之一，是現在中國最長雙洞分離式八車道公路隧道，設計為左、右線隧道，左線隧道1010m，右線隧道1002m，最大埋深98m；左右線出口最小凈距為20.8m，洞身最大凈距51m，隧道開挖最大寬度20.75m，高度13.58m22、。隧道采取“新奧法”原理設計、施工。龍頭山隧道地質條件極差，隧道左右兩線出口表層為第四系全新統殘坡積層礫質亞黏土，半干硬狀態，下臥燕山晚期全、強風化二長花崗巖，節理裂隙較發育，結構松散穩定性差，地下水關鍵為松散巖內空隙潛水及基巖裂隙水，正洞和導坑早期支護均采取噴錨支護，鋼架采取22格柵鋼架，間距為0.5m，鋼架之間環向設置25螺紋鋼連接，間距為1.0m，小道坑兩側均設鋼筋混凝土邊墻，厚度為1.65m。C20鋼纖維混凝土噴護，錨桿均采取25中空錨桿，二次襯砌采取模筑混凝土施工，混凝土采取高性能C30混凝土。12.2 施工情況龍頭山隧道左右兩線出口段設計為II類圍巖，采取了雙側壁導坑法施工，各分部23、開挖均采取微臺階法開挖，上、下臺階掘進同時進行操作，上臺階開挖時每循環掘進0.752.0m，下臺階開挖時，早期支護、臨時壁墻支撐錯間落底，每次開挖循環掘進不超出2.0m，左側有前后導坑距離控制在2040m以內，中部拱頂環形開挖，每次開挖循環進尺不超出1.0m，中間預留關鍵土，中間其它地段采取臺階法開挖，每次進尺控制在2.0m以內。隧道開挖采取PC220配合人工進行開挖，ZL50裝載機進行出碴。兩側導洞每開挖、初支26m左右，臨時中隔墻鋼格柵拱架設4m，只架設鋼格柵鋼架而不噴射混凝土，在橫通道處前后鋼格柵拱架應加密部署，待隧道早期支護全方面封閉成環后，拆除中隔墻加密段鋼格柵，從而左右導坑每30m24、形成一4m寬聯絡通道。12.3 工程結果評價施工中經過對龍頭山隧道實踐，基礎掌握了大斷面雙側壁導坑法隧道變形規律，總結、積累了施工工序轉換技術、濕噴混凝土施工技術、大跨、不良地質段隧道軟塑地段控制沉降施工技術等不良地質、大跨隧道施工基礎規律。應用雙側壁導坑法施工技術成功地處理了龍頭山隧道復雜地質條件下施工安全，確保了施工質量，控制了隧道變形。使我們積累了不少經驗，總結出一套經濟可行、技術優異、施工方案、方法及工藝，為同類型隧道施工積累了經驗。確保了施工工期和質量，取得了很好社會經濟效益。12.4建設效果及施工圖片圖3 雙側壁導坑法開挖 圖4 隧道超前小導管注漿 圖5 龍頭山隧道襯砌鋼筋 圖6 龍頭山隧道襯砌