双侧壁导坑法施工工艺工法

双侧壁导坑法施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF-SD-0104-2011

第五工程有限公司刘强

1 前言

1.1 工艺工法概况

双侧壁导坑法施工广泛应用于大跨度隧道、地铁、海底隧道、水底隧道和沉降要求特别严格的地下工程。双侧壁导坑法先开挖隧道两侧导坑，及时施作导坑四周初期支护及临时支护，然后再分部开挖中部剩余土体的隧道开挖施工方法。一般将断面分成四块：左、右侧壁导坑、上部核心土、下台阶。分部及时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法，形成开挖及施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时施作构成稳固的初期支护体系。

1.2 工艺原理

双侧壁导坑法是采用先开挖隧道两侧导坑，在开挖导坑时尽量减少对围岩的扰动；并及时施作导坑四周初期支护及临时支护，必要时施作边墙衬砌，控制围岩变形；进行信息化施工管理，随时掌握施工过程的动态变化，然后再根据地质条件、断面大小，合理安排、调整施工工艺和设计参数，确保施工安全。

2 工艺工法特点

2.1以岩体力学为基础，新奥法、信息化指导施工，采用监测信息化技术指导施工，使施工及成本始终处于受控状态。充分发挥围岩自承能力及支护能力，确保围岩稳定。格栅支撑（钢架支撑）与挂网、喷射混凝土相结合的柔性支护，能很好的适应围岩的变化，而且支护刚度随喷射混凝土强度的增长而增加，使支护结构与围岩形成了一个整体，充分发挥围岩的自承能力。

2.2 能有效的控制围岩变形和地表下沉量。由于采取分部开挖、分部支护封闭，支护体系能及时、充分发挥作用，减少对围岩的扰动，使围岩的变形和地表下沉得到控制。

2.3 作业安全可靠。本工法开挖断面小，减少了围岩的暴露范围，初期支护及时施工，及时封闭成环，大大减少了垮塌的几率，提高了施工安全。

2.5 超前开挖的双侧壁导坑，还可以起到预报地质的作用。

3 适用范围

本工艺工法适用于Ⅴ-Ⅵ级软弱围岩，主要用于大跨、浅埋、不良地质隧道工程。

4 主要引用标准

4.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204）、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417）、《铁路工程测量规范》（TB10101）、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60）、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1）。

4.2设计图纸、合同文件。

5 施工方法

双侧壁导坑法施工前必须先做超前地质预报，初步判断前方围岩后，一般将开挖断面分成四块：左、右侧壁导坑、上部核心土、下台阶。首先开挖隧道的左右导坑，导坑尺寸侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。在开挖导坑时，尽量减少对围岩的扰动，并及时施作导坑四周的初期支护及临时支护，必要时施作边墙衬砌，在开挖拱部时先做超前支护，待拱部超前下部3～5m后施工下部及仰拱开挖及初期支护，在浇筑仰拱及填充混凝土之前拆除中隔壁临时支护。建立一整套围岩支护结构监控量测系统，进行信息化施工管理，随时掌握施工过程中的动态变化，合理安排，及时调整施工工艺和支护参数，确保施工安全。

6 工艺流程及操作要点

6.1 施工工艺流程

双侧壁导坑法开挖横断面示意图1，施工工艺流程图见图2。

图1 双侧壁导坑法开挖横断面示意图

图2 双侧壁导坑法施工工艺流程图

6.2 操作要点

6.2.1 施工准备

1．风、水管、电线敷设、施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施。

2．根据设计资料详细分析了解工程地质、当地水文地质情况，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工监控量测方案及沉降观测计划。

6.2.2 施工步骤

1前地质预报及导坑超前支护

采用地质雷达、超前钻孔和地质素描对前端围岩情况进行初判，以指导开挖。超前钻孔一般采用3个孔品字型布置，外插角控制在5～7°，使前方钻孔位于开挖轮廓线以外3m。

在开挖导坑之前，必须先施工导坑超前支护，超前支护一般采用ф42×3.5mm 无缝小导管，小导管外插角控制在5～10°，并注1：1水泥浆。

2壁导坑开挖

侧壁导坑采用微台阶法开挖，上半断面超前2.5～3.0m，配备小型挖掘机装碴，自卸汽车运输。

1) 先行侧壁导坑开挖

上台阶开挖作业高度为一般控制1.5～2.0m，使用3～4台气腿式凿岩机钻眼，弱爆破，或人工配合机械开挖，每循环进尺控制在1.0m内或按照设计钢架的间距确定。下台阶开挖一次到仰拱，也使用3～4台气腿式凿岩机钻眼，弱爆破，或人工配合机械开挖，每循环进尺控制在1.0m内或按照设计钢架的间距确定。初支及时成环。

2) 后行侧壁导坑开挖

为了避免应力叠加，先行导坑超前2～2.5倍的中部厚度，一般控制在10～20m 内。当先行导坑超前距离满足时，两侧导坑可同时开挖。后行导坑开挖、支护方式与先行导坑相同。

3中央部分开挖

在不影响两侧壁导坑开挖时可进行中央部分开挖，中央开挖也采用微台阶法，，配备小型挖掘机装碴，自卸汽车运输。

1) 上台阶开挖

在开挖《3拱部》部位之前，必须先施工拱部超前支护，超前支护一般采用ф42×3.5mm无缝小导管，小导管外插角控制在5～10°，并注1：1水泥浆。

上部台阶高一般控制在2.5～3m，预留核心土，根据地质情况采用3～5台气腿式凿岩机钻眼，弱爆破，或人工配合机械开挖，每循环进尺控制在1.0m内或按照设计钢架的间距确定。开挖后及时初喷混凝土，安装钢筋网片，然后安装钢支撑，钢支撑相互采用纵向钢筋焊接，钢架脚趾处设置锁脚锚杆或者锚管，钢支撑脚板必须与两侧导坑钢架连接牢固。复喷喷混凝土，及时封闭成环。

2) 下台阶开挖

下台阶开挖一次到仰拱，根据地质情况也使用4～6台气腿式凿岩机钻眼，弱爆破，或人工配合机械开挖，每循环进尺控制在1.0m内或按照设计钢架的间距确定。开挖后及时初喷掌子面混凝土，安装仰拱钢支撑，然后安装钢筋网片，钢支撑相互采用纵向钢筋焊接，钢架脚趾处设置锁脚锚杆或者锚管，钢支撑脚板必须与两侧导坑钢架连接牢固。复喷混凝土，及时封闭成环。

3）监控量测

及时收集及整理分析拱顶和边墙围岩监控量测数据，量测数据在允许范围内后进行下道工序施工。

4壁墙拆除

根据施工进度及施工需要，为确保二次衬砌能够及时跟进，行车隧道初期支护的临时支撑需要拆除，但是，为了施工和隧道结构安全，临时支撑必须满足以下几个条件方能进行拆除作业。

1) 拆除条件

①支护拆除前必须保证拆除段的临时支护已经封闭完成，且结构符合规范和设计要求。

②拆除的判定标准规定如下：支护拆除前该拆除段沉降和收敛量测结果都满足稳定条件，沉降收敛达到稳定的标准为收敛不超过0.2mm/d。拱顶下沉量控制在7d时间的增量≤2mm；净空位移量控制在7d间的增量≤4mm。

③拆除临时支护作业点离最近的中部开挖掌子面距离不得小于50m，临时支护拆除后及时进行二次衬砌支护。

2) 拆除顺序

在拆除中隔壁临时支护后必须及时施作仰拱。

拆除时采用破碎锤破除喷射混凝土，用氧炔焰割除连接，局部采用风镐破碎。临时支护拆除时一次性拆除长度以不大于5m为宜。

拆除顺序为：破除先行导坑壁墙混凝土→割除先行导坑壁墙工字钢→破除后行壁墙混凝土→割除后行导坑壁墙工字钢。

5仰拱，施工仰拱初支。每循环开挖2～3m，一次安装4～6榀型钢，仰拱钢支撑和墙下部钢支撑通过焊接牢固，仰拱施工期间采用栈桥保持通行。

6.2.3 监控量测

主要施工监测项目见表1

表1 监控量测项目表

注：B—隧道开挖宽度，υ—变形速速

7 劳动力组织

由于采用双侧壁导坑施工的隧道，一般地质条件很差，施工进尺短，而且采用双侧壁导坑施工，将开挖断面分割成3部分，大型机械基本用不上，因此人员配置很关键。人员安排多则浪费，安排少则不能正常工作。通过实践，总结出一个工作面比较理想的人员配置，某单个工作面劳动力配置见表2（供参考）

表2 某公路隧道单工作面作业劳动组织表（2班）

8 主要机具设备

双侧壁导坑法将开挖施工作业面分成3部分，机械配套的合理与否，对施工影响较大。配套机械多，造成机械浪费，否则将功效低。因此施工时合理安排机械不但可以加快施工进度同时还可以节约施工成本。

根据机械工作能力和实际工作量，某公路隧道单个工作面主要机械配备如表3，供参考。

表3 某公路隧道单个开挖面机械设备配备表

9 质量控制

9.1易出现的质量问题

9.1.1采用双侧壁导坑法施工的隧道，一般情况下，地质条件特别差富水等地段容易发生坍塌掉块，变形大。

9.1.2钢支撑安装，连接质量不牢靠、锁脚质量差、设计净空尺寸不能保证。分部施工,增加了对支护的扰动频率，钢支撑易产生下沉。

9.1.3开挖步距过大，闭环时间过长，钢架发生变形。

9.1.4临时壁墙拆除不当，初期支护可能发生变形，甚至发生回头塌。

9.2保证措施

9.2.1必须在开挖之前，在掌子面进行“品”字形超前地质预报，根据钻孔情况分析地质条件，及时调整施工方案，施工中对有缝隙水出露地段，应加强引排，绝不允许浸泡基底。

9.2.2超前支护必须严格按照设计施工，外插角和搭接长度必须满足设计和规范要求。

9.2.3钢架连接采用焊接连接，锁脚锚杆（管）采用加设、增长、尽量径向打设，尾部与钢架焊接，钢架脚板处设置混凝土基础。控制量测数据视情况通过采用放大拱脚、墙脚，增加沉降预留量等来保证净空尺寸满足设计要求。错台开挖时，钢架脚板位置，尽量采用人工处理，避免机械碰撞扰动。

9.2.4施工中除加强纵向连接、及时封闭成环和增强基底承载力等措施，同时应切实做好监控量测工作，及时进行数据分析，动态调整支护参数和预留变形量。

9.2.5严格施工技术交底制,对作业人员定期进行质量教育和考核, 教育作业队人员严格按设计及规范要求施工,确保施工工程质量。

9.2.6上台阶开挖进尺为1榀型钢的间距，下台阶开挖进尺为2榀型钢的间距。

9.2.7加强监控量测，及时反馈信息，依量测数据为依据，及时调整开挖工序及进尺。

9.2.8钢架、锚喷网支护要紧跟开挖进行，以利于发挥围岩的自承能力，保证施工安全。

9.2.9钢架安装间距误差要求在±10cm内，锚杆间距误差在±15cm内，锚杆长度误差在±5cm内，钢筋网片搭接宽度不小于1个网格尺寸，误差在±5cm内，钢架安装垂直度误差在±2°内，型钢、网片、连接管之间焊接焊缝应饱满，不应有假焊漏焊现象。

9.2.10掌子面与仰拱之间距离不大于20m，仰拱与衬砌之间距离不大于30m。

9.2.11材料采购前对分供方进行评定，选择合格的分供方厂家购料。所购材料必须附有说明书、合格证、技术检验证等质量证件，并满足工程要求。

9.2.12进入工地的主要材料严格按规定和设计要求把关，所有厂制材料须有出厂合格证和必要的检验、试验单。对进场料、设备按技术质量标准、样品进行严格检验，并事先确定重点检验料。

9.2.13严格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各种添加剂。

10 安全措施

10.1主要安全风险分析

采用双侧壁导坑法施工的隧道开挖要注重塌方、突水（泥、石）、大变形等安全风险的评估，提出相应的风险处理措施，编制施工应急预案。

10.2 保证措施

10.2.1每次开挖后应派专人进行检查，处理危石、悬石，并设人监护。确认安全后，其他人员方准进入作业面。施工作业期间必须有专职安全员轮流值班。

10.2.2施工中应严格控制循环进尺和施工步距，掌子面到仰拱距离保持不超过20m，仰拱到二衬距离保持不超过30m。

10.2.3施工时应严格按照设计要求挖大拱脚并安装好锁脚锚杆（管），在拱部拱脚处加大开挖尺寸，拱架拱脚处设置三角形状，增加支撑点以提高拱架抗压能力，在每榀拱架拱脚处设置2根不小于3.5m锁脚锚杆（锚管），一根锚杆（锚管）垂直岩面打设，一根下插30～50°，以确保钢架下沉。

10.2.4施工时应做好防水和引排水工作，防止钢架脚板被水软化，引起过大下沉。

10.2.5施工中发现不安全因素时，应暂停开挖，加强支护措施。

10.2.6施工中应认真做好临时支护变形的观察、量测，并认真做好记录和数据处理工作，做好信息化施工。。如发现量测结果超出允许范围时应立即停止开挖，采取加强措施，确保围岩稳定和洞内施工安全。

10.2.7加强洞内电力、通风、排水管线路的管理，防止漏电、漏风伤人。

10.2.8认真落实施工应急预案，现场配备必要的抢险机械、物资，并应进行针对性演练，出现问题迅速采取措施，减少影响和损失。

10.2.9加强机械保养维修，降低机械噪声和废气排放。

10.2.10做好洞内外文明施工，保证良好的施工环境。

11环保措施

11.1采用弱爆破或人工配合机械开挖，减少了炸药爆炸产生的有害气体和粉尘含量，减少了对空气的污染，节约了炸药等能源的消耗。

11.2通过对大断面隧道采用双侧壁导坑法分部开挖，充分利用人力和小型机具，减少了大型设备数量，从而减少了油料的消耗，达到节能和环保的要求。

11.3对于双侧壁导坑法施工的隧道，施工中加强施工用水的管理，洞口设立污水沉淀池，防止污水随意排放。

11.4优化设计支护参数，节约锚杆和混凝土的数量，从而节约建筑材料，起到节约能源的目的。

11.5隧道洞口和弃土场等及时修建挡护和排水系统，做到先挡后弃，防止水土流失，对环境造成影响。

11.6施工废水采取沉淀、过滤后达标排放。

12 应用实例

12.1工程简介

由中铁一局集团第五工程有限公司承建的龙头山隧道是广州公路东二环段建设工程中的控制性工程之一，是目前国内最长的双洞分离式八车道公路隧道，设计为左、右线隧道，左线隧道1010m，右线隧道1002m，最大埋深98m；左右线出口最小净距为20.8m，洞身最大净距51m，隧道开挖最大宽度20.75m，高度13.58m。隧

道采用“新奥法”原理设计、施工。

龙头山隧道地质条件极差，隧道左右两线出口表层为第四系全新统残坡积层砾质亚黏土，半干硬状态，下卧燕山晚期全、强风化二长花岗岩，节理裂隙较发育，结构松散稳定性差，地下水主要为松散岩内空隙潜水及基岩裂隙水，正洞和导坑初期支护均采用喷锚支护，钢架采用Ф22格栅钢架，间距为0.5m，钢架之间环向设置Ф25螺纹钢连接，间距为1.0m，小道坑两侧均设钢筋混凝土边墙，厚度为1.65m。C20钢纤维混凝土喷护，锚杆均采用Ф25中空锚杆，二次衬砌采用模筑混凝土施工，混凝土采用高性能C30混凝土。

12.2 施工情况

龙头山隧道左右两线出口段设计为II类围岩，采用了双侧壁导坑法施工，各分部开挖均采用微台阶法开挖，上、下台阶掘进同时进行操作，上台阶开挖时每循环掘进0.75～2.0m，下台阶开挖时，初期支护、临时壁墙支撑错间落底，每次开挖循环掘进不超过2.0m，左侧有前后导坑距离控制在20～40m以内，中部拱顶环形开挖，每次开挖循环进尺不超过1.0m，中间预留核心土，中间其余地段采用台阶法开挖，每次进尺控制在2.0m以内。隧道开挖采用PC220配合人工进行开挖，ZL50装载机进行出碴。两侧导洞每开挖、初支26m左右，临时中隔墙钢格栅拱架设4m，只架设钢格栅钢架而不喷射混凝土，在横通道处前后钢格栅拱架应加密布置，待隧道初期支护全面封闭成环后，拆除中隔墙加密段的钢格栅，从而左右导坑每30m形成一4m宽的联络通道。

12.3 工程结果评价

施工中通过对龙头山隧道的实践，基本掌握了大断面双侧壁导坑法隧道的变形规律，总结、积累了施工工序转换技术、湿喷混凝土施工技术、大跨、不良地质段隧道软塑地段控制沉降施工技术等不良地质、大跨隧道施工的基本规律。

应用双侧壁导坑法施工技术成功地解决了龙头山隧道复杂地质条件下的施工安全，保证了施工质量，控制了隧道变形。使我们积累了不少经验，总结出一套经济可行、技术先进、的施工方案、方法及工艺，为同类型隧道施工积累了经验。保证了施工工期和质量，取得了较好的社会经济效益。

12.4建设效果及施工图片

图3 双侧壁导坑法开挖图4 隧道超前小导管注浆

图5 龙头山隧道衬砌钢筋图6 龙头山隧道衬砌