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单侧壁导坑法在大断面隧道施工中的研究及应用

发表时间：2020/11/19 来源：《基层建设》2020年第22期作者：蔡伟吴桐刘欢

[导读] 摘要：本文结合单侧壁导坑法在实际隧道工程中的应用表明，采用单侧壁导坑法能够控制地表下沉，减少对围岩的扰动，保持掌子面的稳定，提高了隧道施工的安全系数，对隧道施工具有重要的研究及应用价值。

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        摘要：本文结合单侧壁导坑法在实际隧道工程中的应用表明，采用单侧壁导坑法能够控制地表下沉，减少对围岩的扰动，保持掌子面的稳定，提高了隧道施工的安全系数，对隧道施工具有重要的研究及应用价值。
        关键词：单侧壁导坑法；隧道施工；爆破开挖；应用
        1前言
        隧道施工一般具有作业范围小、施工干扰大、隐蔽性较高、未知因素众多、危险性较大等特点，特别是断面跨度大、围岩较差（Ⅳ～Ⅴ级）的隧道施工时围岩扰动较大，地表沉降难以控制。通过采用单侧壁导坑法能够有效控制地表下沉，保持掌子面的稳定。且实际表明，单侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/2，每个开挖断面都是在开挖后立即各自闭合的，在施工中间变形几乎不发展。
        2单侧壁导坑法的特点
        1）将整个隧道大跨度断面分割成小跨度断面施工，每一个小跨度断面单独掘进最后形成一个大的隧道，保障施工安全。
        2）以岩体力学理论为基础，应用新奥法指导施工，充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，运用光面爆破技术，并及时进行喷锚初期支护，防止围岩松动。
        3单侧壁导坑法的工艺原理
        单侧壁导坑法是一项边开挖边支护的施工技术。其原理是通过中隔壁（临时支撑）将整个隧道大断面分割成小跨径导坑施工，施工中采用“管超前、严注浆、短进尺、强支护、勤测量、早封闭”的施工原则，使隧道施工安全稳步向前推进，有利于控制地表下沉，防止围岩松弛和变形。
        4单侧壁导坑法的适用范围
        单侧壁导坑法适用于各地区各种长度的公路、铁路以及市政隧道工程，尤其是隧道断面跨度大，扁平率低、围岩较差（Ⅳ～Ⅴ类围岩），地表下沉需控制的隧道。
        5单侧壁导坑法在隧道施工中的应用实例
        单侧壁导坑法应用于宜昌市江城大道下段市政工程二标段内3座隧道：四方山隧道、谭家河1号隧道、谭家河2号隧道，围岩为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三个等级，均为单洞单向3车道大断面隧道，单洞设仰拱开挖净空断面最大面积162.3m²。

        图1隧道建筑限界及内轮廓线设计图
        本工程隧道Ⅳ级围岩段采用单侧壁导坑法施工，大大提高了隧道施工安全系数，且施工、成环和封闭的施工过程较快，有效降低了沉降现象，提高了施工效率和围岩的稳定性，节约了工程成本，保证了工程安全生产。

图2侧壁导洞装药爆破

        图3洞身施工完毕实景
        6单侧壁导坑法施工工艺流程及操作要点
        6.1单侧壁导坑法施工工艺流程

        图4 单侧壁导坑法施工工艺流程图
        6.2单侧壁导坑法施工操作要点
        1）超前地质预报
        超前预报工作内容主要是及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置及其围岩结构的完整性与含水的可能性。
        2）超前支护
        超前地质预报反应前方围岩无异常后，即可施作超前支护。超前小导管采用钢管，末端制成尖状方便打入孔内，并均匀布置注浆孔进行注浆。

        图5 超前小导管布置图
        3）洞身开挖
        开挖1部，采用光面爆破，每循环进尺控制在1.2m左右，每次两榀拱架，每天2个循环，尽量减少对围岩的扰动和地表周边生态环境的破坏，保证开挖轮廓质量。
        4）素喷混凝土封闭掌子面
        在爆破结束并检查安全无误后，出碴前，对掌子面进行素喷砼封闭，提高围岩的自稳性能。
        5）洞内碴石运输
        爆破作业结束并检查无误后，采用侧卸式装载机装碴，自卸车运输。出碴结束后，用反铲挖掘机挖除掌子面处底碴，以提供爆破施工的底部施工作面。

6）施作洞身锚杆
本工程Ⅳ级围岩主要采用药卷锚杆，利用早期凝结速度快，承载强度大为特征的水泥砂浆制成的锚固剂将锚杆固定在锚固位置的一种支护方法。

        图6 药卷锚杆大样图
        7）型钢钢架施工
        型钢拱架加工完成后，运输至隧道内按照设计图纸要求安装至指定位置，安装时要与隧道纵向垂直，其上下、左右允许偏差为5cm，倾斜度不大于2度。
        8）挂设钢筋网、喷锚
        钢筋网片加工完后输至洞内按图纸标定的位置挂设并整体焊接成网。喷射砼施工采用湿喷工艺，喷射时自下而上，料束呈螺旋旋转轨迹运动。砼终凝2h后洒水养护，养护时间不少于7d。
        9）仰拱、仰拱填充施工
        按以上顺序依次开挖2、3、4部，待喷锚支护全断面施作完成后，根据围岩收敛量测结果，拆除临时支护，开挖并灌筑仰拱及填充混凝土，同时采用仰拱栈桥进行施工。
        10）防排水施工

        图7 防水板铺设图
        防水板铺设之前要对喷砼基层的不平整、尖锐处进行处理，确保其平整度。土工布铺设后，从拱顶向两拱脚、边墙对称铺设防水板。
        11）围岩及初期支护变形量监控监测
        二衬施工之前，需对隧道初支断面净空进行测量、检查，提前对侵限部分进行处理，处理完成后进行复测，无误后进行二衬施工。
        12）二次衬砌施工
        二衬钢筋按设计要求安装完成后，根据测量放线位置，移动二衬台车就位，全断面一次模筑二次衬砌砼，浇筑完成后，对砼按要求进行养护，强度达5Mpa即可拆模，拆模后及时洒水养护，养护时间不得小于7d。

        图8 二衬台车效果图
        7效益分析
        在保证工程质量安全的前提下，采用单侧壁导坑法施工，主要经济效益和社会效益如下：
        1）单侧壁导坑法的应用，封闭成环较快，有效降低沉降现象，克服了隧道开挖断面较大、地质较差及多变等影响，提升了隧道施工安全系数，加快了施工进度，节约了施工成本。
        2）隧道施工中应用监控量测技术，为确定隧道围岩状态、开挖进尺及优化隧道支护体系、调整施工工艺的等提供依据，保障了隧道施工的安全与质量。
        8结束语
        采用单侧壁导坑法，将大断面隧道通过中隔壁分割成三或四个小断面，每步开挖的宽度较小，每一个小断面单独掘进最后形成一个大的隧道，且封闭型的导坑初期支护承载能力大，有效克服了隧道开挖断面较大、地质较差及多变等影响，有利于隧道地表下沉的控制，保持掌子面的稳定，提高施工作业的安全性，同时在施工过程中实施监控量测和优化施工技术，保障安全施工的同时，可以加快施工进度，其经济效益和社会效益显著，可为类似隧道工程提供经验指导，具有广泛的应用前景和研究价值。
        参考文献：
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        [3]杨忠，伊鑫，刘彬礼.单侧壁导坑法在隧道施工中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2014，10（11）：141-142.
        [4]杨斐毅.浅埋大断面公路隧道单侧壁导坑法施工力学行为研究[D].重庆交通大学，2014.