摘要：双侧壁导坑法开挖是“新奥法”的一个分支，并在“新奥法”基本理论的基础上进行了充分的改进和完善，以此构建出全新的隧道建设理论和操作方法。
随着城市化进程的加快，城市的规模和功能也在逐步的扩大和完善，地铁的修建在很多大城市如火如荼地进行。城市地铁设计中选择施工工法时应充分考虑施工期间对地面交通、建筑拆迁、管线改移的影响，尤其在地铁穿越建筑密集人流较大的繁华商业区时，多采用以控制拱顶下沉为主的技术先进、安全度高的双侧壁导坑法施工。然而大断面公路隧道工程施工中，双侧壁开挖施工方法应用比较少，成熟的经验和参考标准较少。
双侧壁导坑法在深圳地铁7号线深云车辆段B线路隧道得到了应用，并取得了较好的效果，为类似工程施工提供了宝贵经验。
关键词： 浅埋隧道；双侧壁导坑开挖；变形监测；技术
一、技术特点
双侧壁导坑法开挖和变形监测的技术特点主要有以下三个方面：
（1）很好的解决了大断面隧道开挖的安全性问题，且结构简单，安全可靠，拆装方便、灵活。
（2）双侧壁导坑法在软弱地层、上软下硬地层、浅埋隧道，是比较适合的施工方法，特别是在城市施工中，对于地下控制地表沉陷有很好的效果，从而减少对居民和建筑的影响。
（3）能够动态的控制隧道开挖情况，保证安全情况下，完成隧道开挖。
二、工艺原理
双侧壁法开挖技术工艺原理为划大断面为小断面，并辅助临时支护措施，步步封闭成环，以缩小开挖跨度，提高围岩自身的承载能力。
双侧壁法开挖具体是将隧道断面分成左右两个侧壁坑和中洞核心三大部分开挖，视土质情况侧壁坑可以分两层或三层开挖，中洞核心部分也可分两层或三层开挖。先开挖左侧壁坑并进行初支，然后开挖右侧壁坑及施作初支，最后开挖中洞核心。左、右侧壁均须施作临时中壁支护，再开挖中洞核心部分。开挖过程中，通过变形观测，以确保隧道施工安全和进度。
三、双侧壁导坑法施工工法
3.1管棚导向墙施工
施工管棚之前，应先施工管棚导向墙，导向墙钢架同隧道洞口加强段钢架规格尺寸一样，采用I25a工字钢，间距80cm设置一道，导向墙厚度为2m，导向墙内共设置3榀型钢拱架，，导向墙钢架安装时，确保钢架基础坐在稳定基础上。两层钢架间以Φ22纵向筋焊接连接，环向间距0.5m。导向管采用φ127×5mm的热轧无缝钢管，长2m，环向间距同大管棚。放线确定其位置后，将导向管牢固焊接在I25a型钢钢架上，导向管两端采用φ16钢筋将导向管固定在型钢钢架上，导向管的预埋位置一定要准确，确保管棚位置的准确。
管棚导向墙具体施工流程如图1：
图2 大管棚施工作业流程图
3.2.2超前注浆小导管施工
1）超前小导管施工
该隧道段采用超前小导管注浆支护，小导管设计采用Φ42 无缝钢管，设置于大跨以上拱部150°范围，长度3.5m，环向间距0.4m，管壁钻花孔，外插角15°，钢管管头加工成尖状，按设计位置打入，纵向搭接长度不小于1.5m。采用手风钻进行钻孔，注浆采用双液浆，双液浆配合比：水泥浆W：C=（0.5～1）：1 水泥浆与水玻璃体积比C：S=1：（0.5～1）其中：水玻璃：浓度为35～45Be＇，模数n=2.4～2.8 水泥：42.5 级普通硅酸盐水泥缓凝剂：磷酸氢二钠砂子：最大粒径小于2.5mm。注浆从两侧向拱顶逐根注浆。注浆结束标准：注浆量达到设计的80％或注浆压力达到设计终压。
2）施工注意事项：
①小导管与钢支撑之间应焊接牢固。
②每一循环开挖之后，在架设钢支撑并初喷混凝土后进行导管施作。
③每一循环小导管之间搭接长度应按设计进行。
④钢架支撑要尽快形成闭合环，在拱、墙脚设临时仰拱或横撑。
⑤在钢支撑拱角处打锁脚锚管并注浆，并将钢支撑与锚管焊接在一起，使之形成整体受力。
⑥如个别部位要爆破，应按松动爆破进行，认真施作，确保不塌方。
3.3洞身施工
双侧壁法是将隧道断面分成左右两个侧壁坑和中洞核心三大部分开挖，视土质情况侧壁坑可以分两层或三层开挖，中洞核心部分也可分两层或三层开挖。先开挖左侧壁坑并进行初支，然后开挖右侧壁坑及施作初支，最后开挖中洞核心。左、右侧壁均须施作临时中壁支护，再开挖中洞核心部分。开挖前先按施工图纸要求施作大管棚（或小导管）预注浆超前支护。双侧壁法主要采用机械或人工开挖，对穿越“上软下硬”地层的洞段，下部可采用钻爆法开挖，开挖时采取控制爆破措。
开挖施工在两侧壁导洞开挖时采用人工搭建施工平台开挖，正洞开挖时，使用自制开挖台车进行开挖，开挖施工方法及施工工艺流程如图3、图4：
图4 双侧壁导坑法开挖工序侧立面示意图
开挖施工流程如图5：
图5 双侧壁导坑法开挖施工流程图
2）具体开挖施工方法
（1)首先施工超前大管棚支护及左侧导洞上半断面超前预支护，上半断面侧壁墙采用φ42×3.5超前小导管@0.4×2.5m（环×纵），L=3.5m，超前小导管外插角7～10°；
（2)机械开挖①部导坑，人工配合整修，必要时喷5cm 厚混凝土封闭掌子面，施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，初喷5cm厚混凝土，架立型钢钢架和I20临时钢架，并设锁Ф42脚锚管，安设I20横撑，挂钢筋网，复喷混凝土至设计厚度。
（3)在滞后于①部一定距离后（3～5m），机械开挖②部导坑，人工配合整修，必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷5cm厚混凝土，接长型钢钢架和I20临时钢架，安装锁脚锚管，挂钢筋网，复喷混凝土至设计厚度。
（4)在滞后于②部一段距离后（3～5m），机械开挖③部导坑，人工配合整修，并施作导坑周边的 初期支护，步骤及工序同①。
（5)在滞后于③部一段距离后（3～5m），机械开挖④部导坑，人工配合整修，并施作导坑周边的 初期支护，步骤及工序同②。
（6)施作Ф42小导管超前支护并注浆，机械开挖⑤部导坑，人工配合整修，喷5cm厚混凝土封闭掌子面，导坑周边初喷5cm厚混凝土，架立拱部型钢钢架，挂钢筋网，复喷混凝土 至设计厚度，施作临时仰拱，封闭掌子面。
（7)在滞后于⑤部一段距离后，机械开挖⑥部，人工配合整修，喷5cm厚混凝土封闭掌 子面，施做初期支护，封闭成环。
（8)根据监控量测结果分析，待初期支护变形稳定后，拆除2、4、6区下部临时支撑，施做仰拱混凝土，临时支撑分段进行拆除。
（9)仰拱施工完成后，根据观测结果，拆除1、3、5区，钢支撑，拆除时，边拆除、边观测，纵向分段拆除，拆除后，观测稳定，施做边顶拱混凝土。从而达到一段封闭成环。
3.4锚杆施工
锚杆采用Φ22砂浆锚杆。
施工时拟采用YT—28型手风钻（φ42钻头）进行钻孔，由350L砂浆搅拌机配UJ-2型灌浆泵进行注浆的方式进行锚杆施工。
采用“先插锚杆、后注浆”的施工工艺。其施工工艺流程如图6所示：
图7 钢拱架安装工艺流程图
3.6钢筋网施工
钢筋网钢筋采用φ6.5的圆钢，其中钢筋网钢筋间排距为20cm；其他部位钢筋网钢挂网使用的钢筋须经试验检测合格，使用前进行除锈，在洞外钢筋加工厂区制作成钢筋网片，然后用汽车运输到工作面，机械配合人工安装，安装时搭接长度1～2个网格。
人工铺设钢筋网，贴近岩面铺设并与锚杆和钢架焊接牢固。
喷混凝土时，控制喷头至受喷面距离和风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。钢筋网喷混凝土外侧保护层厚度须符合设计要求。
钢筋网施工工艺流程如图8。
图9 湿喷混凝土施工程序图
四、施工监测技术
4.1监测内容
1）洞内观察：观察开挖掌子面围岩情况和稳定状态，及已施工地段隧洞支护衬砌情况和结构安全性。
2）地表沉降（位移）：隧道进出口上方布设水准观测点，定期量测施工期间地表变化情况。
3）拱顶沉降：隧道拱顶布置。底板隆起：隧道底板布置。
4）洞内水平收敛：隧道边墙布置。
5）爆破监测
表1 深云车辆段进段B线道路隧道监测工程量统计表
4.2监测工作的实施
4.2.1监测基准网的建立
在进行监测项目前，首先要建立监测控制网，以便及时准确的反应监测项目、测点的变化情况，监测网线路宜采用附合式线路。垂直位移监测控制网宜采用高程控制网在变形观测中应定期对高程控制网点进行检测。
4.2.2地表沉降监测
（1） 测点布置与埋设
图11 地表沉降观测点埋设示意图（浅埋法）
隧道施工时，为了解各个施工对周围土体的扰动影响，沿隧道轴线方向，在隧道顶拱埋深h小于30m部位埋设地表沉降点。地表沉降观测点的埋设采用钻孔方法进行埋设，同时设置保护套管及盖板，如图10、11所示。断面点位布置如图12所示。
图12 隧道顶拱小于30m埋深时地表沉降观测点布设图（图中单位以cm计）
（2） 测量仪器
地表沉降（或隆起）监测使用徕卡DNA03数字电子水准仪。
（3） 测量方法
地表沉降（或隆起）监测采用二等水准测量。
（4） 测量精度
地表沉降（或隆起）监测最小精度要求达到0.1mm。
4.2.3拱顶沉降监测
1）沉降测点埋设
图13 水准测量钢尺挂钩埋设示意图 图14 反光板埋设示意图
2）测量方法
采用精密全站仪器进行观测时，拱顶下沉的监控量测方法，即通过监控量测布设于拱顶部位的固定测点在不同时间相对标高，求出两次监控量测的差值，即为该测点的沉降值。关键是确定不动点作为参考点（基点），通常采用以下两种方法：一是在洞口附近，可采用洞外基点，每次监控量测时从洞外引入；二是在开挖面一定距离的拱顶处设置参考点，并假定其为不动点（下沉量微小，可以忽略不计）进行监控量测。
3）沉降计算
采用水准仪进行观测时，采用武汉大学的科傻平差软件进行严密平差，求得顶拱各监测点的实际高程，再与初始值进行比较求得该点的沉降量。采用精密全站仪观测时，则通过监控量测布设于拱顶部位的固定测点在不同时间相对标高，求出两次监控量测的差值，得出改点的沉降量。△H＝H0－Hn即为顶拱沉降值，正值表示下沉，负值表示上升。
4.2.4净空收敛
1）测点埋设
图15 水平收敛挂钩埋设示意图
2）测量方法
A、将收敛计固定在基线两端的测桩上，按预计的测距固定尺长，并保障钢尺不受扭。
B、不同的尺长应选用不同的张力。调节拉力装置，使钢尺达到以选定的恒定张力，读记收敛尺，然后放松钢尺张力。
C、重复B，三次读数差，不应小于收敛计的精度范围。取三次读数的平均数作为计算值。
D、测读的同时，测记收敛计的环境温度，并对尺长进行温度修正。
3）收敛值计算
首先按照下列公式对尺长进行温度修正，求得测线实际长度。并收敛测钩安装稳定后，取得各测线的初始值U。则收敛值△U＝U－Un。正值表示缩径，负值表示扩径。
Un=un+aL（Ti-To）
式中：Un—实际收敛值（mm）
un—收敛读数值（mm）
a－收敛计系统温度线膨胀系数
L－基线长（mm）
Tn－收敛计观测时的环境温度（度）
To－收敛计标定时的环境温度（度）
（4）爆破监测
进段B线隧道开挖爆破技术参数：孔径42mm，孔深2.5m，孔距0.5m，排距0.7m，堵塞长度1m，最大起爆药量6kg，总装药量控制在在32kg以内。监测设备参数设置：采用TC-4850N爆破振动记录仪，传感器型号：三矢量振动速度传感器，触发方式：上升沿内触发，触发电平为0.1cm/s，采样长度10K，采样速率2K，采样延时为-100K。
在隧道双侧壁开挖过程中，共进行24次爆破施工，监测点布置在距洞口80m位置，均未触发。
4.3监测数据分析
截止2014年7月24日深云车辆段进段B线路隧道施工完成后，各项监测值及监测点变化速率均在可控范围内，未达到监测预警、报警值，各测试项目累计变化值均在设计允许范围之内，日常巡视未发现异常情况，隧道处于安全可控状态。
五、总结
深云车辆段进段B线路隧道采用超前地质预报技术探明隧道前方围岩状况，同时加强施工监控量测等辅助技术，“双侧壁导坑法开挖和监测技术”得到了成功应用，解决大跨度围岩差隧道施工的安全问题，确保隧道开挖施工进度。取得了一定的经济效益，为市政类似工程施工提供了宝贵经验。
论文作者:张海山
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/23
标签：导坑论文; 隧道论文; 侧壁论文; 钢架论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 拱顶论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;