双侧壁导坑工法施作隧道软弱围岩段施工方法研究

　　摘要：本文以某隧道洞口浅埋软弱围岩段为计算对象，针对双侧壁导坑施工工序复杂的特点，设计出合理的施工方案，并对施工关键技术进行了设计和研究。
　　关键词：隧道；围岩；施工
　　前言
　　某隧道洞口通过地段为覆盖层和强、弱风化砂岩与泥岩岩组、花岗闪长岩脉。砂岩与泥岩岩组为薄一中厚层状构造，花岗闪长岩呈块状构造。岩石风化强烈，岩性较软，岩石破碎。因此成洞条件较差，围岩易产生坍塌、冒顶。综合数值模拟研究和地质设计资料，本文决定在隧道洞口采用双侧壁导坑工法施工。
　　1施工工艺原理
　　双侧壁导坑工法是一项边开挖边支护的施工技术。其原理是:利用两个中隔壁把整个隧道分成左中右3个小断面施工，左、右导洞先行，中间断面跟进;初期支护仰拱成环，拆除两侧导洞临时支撑，形成隧道断面，有利于控制拱顶下沉。
　　2施工工艺优化研究
　　2.1工艺流程
　　                    
　　图1工艺流程图
　　2.2施工工艺说明
　　施工工序说明:双侧壁导坑法开挖支护程序如图2所示。
　　     
　　图2双侧壁导坑法施工平面示意图
　　(1)先行单侧壁导坑.上下台阶开挖;上台阶开挖时，每次开挖循环进尺控制在0.5-1.0米。
　　(2)施作导坑临时支护和临时壁墙支撑;初期支护墙角设锁脚锚杆，围岩变形较大可施作临时仰拱。
　　(3)下台阶开挖时，初期支护、临时壁墙支撑错间落底，每次开挖循环进尺不得超过1.0米。
　　(4)施作导坑初期支护和临时壁墙支撑。
　　(5)进行另一侧壁导坑上下台阶开挖，然后施作导坑初期支护和临时壁支撑，左右侧壁导坑前后间距控制在10-15米以内。
　　(6)中间拱顶环形开挖，每次开挖循环不得超过1.0米，中间留核心土。
　　(7)施作拱顶初期支护。
　　(8)中间其余部分分台阶分步开挖，每次开挖循环进尺不得超过2.0米。
　　(9)施作仰拱初期支护。
　　(10)拆除临时壁墙支撑。临时壁墙的拆除，一定要等到围岩变形稳定后才能进行避免围岩加速变形导致失稳或坍塌。最后全断面钢筋混凝土衬砌。
　　2.3施工方案优化
　　双侧壁导坑法施工工序复杂，工序间相互干扰大，在保证安全的前提下加快施工进度是采用此方法需要解决的难题之一。双侧壁导坑将隧道分隔为3个相对独立、封闭的小断面洞室。由于断面变小，导致机械效率降低，开挖后装碴、出碴时间加长。
　　优化后机械设备配备:PC220配合人工进行开挖，ZL50装载机进行挖装，解决了大型设备施展不开、工效低的问题。
　　同时对施工组织、施工方案进行优化。两侧导坑洞每开挖、初支10米左右，临时中隔墙支撑架设3米，只架设临时支撑而不喷射混凝土，待隧道初期支护全面封闭成环后，拆除中隔墙。
　　2.4超前地质预报
　　由于隧道为隐蔽工程，在复杂地质条件下，难以事前预测的因素较多，在设计阶段难以准确界定实际情况，通过采用超前地质预报和建立地质保障系统，对不良地质条件和地质灾害及时作出预报，进行动态设计，确保长大隧道设计的科学性和施工安全，目前超前地质预报工作已得到了普遍的推广。
　　由于某隧道处于全风化岩层内，围岩非常破碎，为了避免掘进过程中破碎、软弱地层等不良地质可能造成的塌方、突水突泥等突发事件的发生，采用地质素描、超前探孔配合TSP203系统进行超前地质预报。通过地质超前预报，了解前方围岩的地质情况，为施工组织管理、地质灾害防治提供参考依据，指导施工队伍安全高效施，从而保证工期和质量，提高经济效益。
　　3施工关键技术研究
　　3.1超前支护施工
　　超前小导管采用外径42mm、壁厚3.5~热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊上Φ6加劲箍，管壁四周钻8mm压浆孔，但尾部有lm不设压浆孔。超前小导管施工时，钢管与衬砌中线平行以14o仰角打入拱部围岩，钢管环向间距30cm。每打完一排钢管注浆后，开挖拱部及第一次喷射混凝土、架设钢架。初期支护完成后，隔2.25m(2m)再打另一排钢管，超前小导管保持l.0m以上的搭接长度。小导管要求逐根施工，即一根钻孔、安装钢管、压浆、封孔后再进行下一根施工。
　　综合超前地质预报，如果遭遇特别破碎的围岩地带，超前小导管可以采用双层式。施工时，低层钢管与衬砌中线平行以10-15o仰角打入拱部围岩，钢管环向间距40cm。每打完一排小导管注浆后，开挖拱部及第一次喷射混凝土、架设钢架。初期支护完成后，再以30o外倾角打下一圈高层注浆管，钢管环向间距40cm，小导管与注浆管纵向相错50cm，环向相错20cm。钢管要求逐根施工，即一根钻孔、安装钢管、压浆、封孔后再进行下一根施工。
　　超前小导管注浆采用水泥浆液(添加水玻璃)，注浆参数如下:
　　①水泥浆与水玻璃体积比:1:0.05
　　②水泥浆水灰比:1:1
　　③水玻璃浓度:35波美度;模数:2.4
　　④注浆压力:0.5-1.0MPa
　　注浆参数应通过现场试验按实际情况确定。
　　3.2初期支护施工
　　(1)初喷。在开挖完后，为有效减少围岩变形，要立即进行混凝土初喷施工，喷射厚度一般为3-5cm。
　　(2)钢拱架的制作与安装。钢拱架集中制作，现场安装。制作时要注意工字钢弯制弧度和连接板角度准确，焊接质量要求达到设计及规范相关要求;安装要按照测量尺寸架立并根据地质情况及围岩监控测量的结果留够预留变形量，防止出现侵限现象。
　　(3)钢筋网片的制作与安装。钢筋网片集中制作，现场安装。制作时要确保钢筋质量及加工尺寸，安装时应注意钢筋网的搭接长度及其与钢拱架之间要焊接牢固。双层钢筋网应分两次施工，第一层钢筋网施工完成后即开始进行喷射砼施工，达第二层钢筋网位置时停止喷砼施工，进行第二层钢筋网片安装，安装完后再继续进行喷射砼施工，直至达到设计厚度。
　　(4)喷射砼施工。喷射混凝土采用潮喷工艺，严格按设计配合比配料、拌和;混合料在运输、存放过程中，严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入，装入喷射机前过筛;喷射作业应分段、分片、自下而上、先墙后拱顺序实施，每段长度不宜超过6m;喷射作业时，喷嘴垂直受喷面做反复缓慢螺旋形运动，螺旋直径约20-30cm，同时与受喷面保持一定的距离，一般可取0.8-1.0米。若受喷面被钢筋网或格栅钢架覆盖时，可将喷头稍加倾斜，但不小于70度，以保证混凝土喷射密实，保证钢支撑背面填满混凝土，粘结良好。
　　喷混凝土分次施喷完成，第一层钢筋网安装后进行第一次喷射混凝土施工，待第二层钢筋网安装好后再复喷至设计厚度。后一层在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再喷射时，先用风水清洗喷层面。
　　(5)拱背回填注浆。拱背回填注浆能有效地减少围岩变形。每个导洞仰拱封闭后要及时进行拱背回填注浆，回填注浆管不宜过长，以穿透喷射砼层、进入土层20cm为宜。注浆压力控制在0.6Mpa以内。
　　(6)拆除临时支撑。初期支护全环封闭后，围岩变形已基本稳定，依据围岩量测结果(每天变形量小于0.5mm)，临时支撑可拆除。
　　3.3二次衬砌施工
　　(1)施工方案
　　二次衬砌施工前先完成仰拱施工。二次衬砌的施作时间原则上在围岩及初期支护变形基本稳定后进行。当隧道水平收敛速度为0.1-0.2mm/d，拱顶下沉位移速度为0.1mm/d时，可以认为围岩已经基本稳定。施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载，施作过晚则可能使初期支护破坏。当衬砌段围岩变形过大，初期支护力不足时，除及时加强初期支护外，也可加强二次衬砌参数并提前施作二次衬砌，而不能等变形基本稳定再施作。
　　正洞拱墙衬砌采用衬砌台车整体浇注施工，一般情况下，养护时间不小于48小时，待强度达到设计要求时，方准拆模，拆模后养生不少于14d。
　　(2)施作时间确定
　　实践证明，围岩径向位移速度≤0.2mm/d，支护结构接触应力变化速度<5.0Mpa/d时，围岩基本稳定。如达不到上述要求。则采取相应的办法补救。办法有:①加强初期支护;②施作套拱;③改变施工方法，调整施工工序、台阶长度、开挖进尺等。采取以上措施后，一般能很好地控制围岩变形。
　　(3)施工顺序
　　施工工序:清底→钢筋安装→全断面衬砌台车就位→检查→浇筑底部混凝土→浇筑边墙混凝土→拱顶混凝土浇筑→台车移位→养护。
　　衬砌混凝土的质量受施工方法的影响很大，特别是运输、浇筑、捣固、养护等环节对混凝土的性能影响很大。因此，应仔细研究混凝土的运输、浇筑、捣固、养护等各大环节，严格按照设计要求及现场试验的结果进行操作。
　　拱顶部的混凝土没有很好的捣固方法，最好是局部采用略具流动性的混凝土。
　　混凝土的捣固方法及标准:针对本隧道，特制作整体大模板台车，捣固器附着于模板台车，使用外部振捣法捣固。严格控制振捣时间，避免离析、翻沙。
　　结束语
　　本文结论如下：
　　(1)双侧壁导坑利用两个中隔壁将大断面施工化成小段面施工，控制早期围岩变形，每个步序受力体系完整，最后拆除两侧导洞临时支撑，形成隧道断面，有利于控制拱顶下沉。
　　(2)双侧壁导坑施工工序复杂，工序间相互干扰大。由于断面变小，导致机械效率降低，开挖后装碴、出碴时间加长。通过改进施工方案来尽快施工进度。
　　(3)在洞口段，施作超前小导管来加固软弱围岩，遇到特别破碎围岩，需设计采用超前双层小导管。
　　(4)初期支护和二次衬砌施工，需严格按照施工方案设计的要求进行，早封闭。
　　参考文献
　　[1]何满潮.软岩工程力学[M].北京:科学出版社，2002,18
　　[2]朱正国，冯卫星.隧道顶管预支护技术简述[J].石家庄铁道学院学报，2008,16(4):6163
　　[3]王应富，蒋树屏，张永兴.四车道隧道动态施工力学研究[J].公路交通科技.2005,6:134137