1、軟弱圍巖隧道中壁施工工法(93-15工字02號)鐵道部第十五工程局 田興柏一、前言在南昆線樂善村二號雙線隧道掘進施工中，我局和鐵道部第二勘測設計院、西南交通大學、蘭州鐵道學院等單位合作，采用中壁法施工，成功地解決了在軟弱圍巖中開挖大跨度隧道的施工難題。我們對之進行了總結，形成本工法。二、工法特點1.能有效地控制圍巖變形和地表下沉。2.由于本工法充分利用了中壁和橫聯的支撐作用，并輔之以超前水平錨桿、徑向系統錨桿、掛網和格柵噴混凝土等支護手段，加之開挖對圍巖擾動小，故大大提高了施工的安全度。3.其支護系統能很好地適應圍巖的變化，與圍巖形成一個整體，故能充分發揮圍巖的自承能力。4.能應用量測監控等信

2、息化管理方法指導施工，使整個施工過程均處于受控狀態。5.施工作業簡便，不需用特殊的施工機械和設備，故容易推廣使用。6.由于本工法采用分部開挖，故其超前導坑可起到預報地質的作用。三、適用范圍1.適用于無水或有少量裂隙水的、類圍巖中的地下工程施工。2.適用于對地表下沉要求嚴格的隧道和地下工程施工。3.特別適用于淺埋大跨的地下工程施工。四、工藝原理所謂中壁法，就是在隧道和地下工程掘進中，通過設置中壁和橫聯(兩者交叉)將開挖斷面分成4部分，然后再根據圍巖情況細分部(見圖1)進行開挖。此法是以新奧法的基本原理為依據，在開挖過程中盡量減少對圍巖的擾動，通過超前錨桿、錨(網)噴洞壁支護系統和中壁、橫聯聯結，

3、使斷面支護及早閉合，控制圍巖的變形，并使之趨于穩定。同時，建立圍巖支護結構監控量測系統，隨時掌握施工過程中的動態變化，合理安排、調整施工工藝和修改設計參數，確保施工安全。五、施工工藝(一)施工程序本工法施工程序見圖1。現將各部施工的內容簡介如下：1.開挖部 按部預定的尺寸(一般寬、高均為3.5m)和中壁弧度開挖弧形導坑，掘進0.8m后支護一次：先噴4cm厚的混凝土，然后分別架立2榀中壁和周邊的鋼格柵I和A，再于第一榀格柵處打入徑向系統錨桿，兩榀格柵間掛網，復噴一層混凝土(邊墻層厚16cm，中壁11cm)。然后，利用前一循環立好的格柵鋼架施作超前錨桿，在超前錨桿的保護下使用風鎬等進行開挖，如此循

4、環掘進。2.開挖部 工作內容包括：人工開挖；初噴混凝土(厚4cm)；接長周邊格柵B和中壁格柵，掛鋼筋網；上好中壁上部螺栓，鋪設格柵下端槽鋼，并預埋下部連接螺栓；打入徑向錨桿；架立底部橫聯；周邊、中壁復噴混凝土(厚度同部)。3.開挖部 除不需作中壁外，其余工序內容與開挖部相同。4.開挖部 除不需作中壁外，其余工序內容與開挖部相同。5.開挖部 工作內容包括：人工開挖；初噴4cm厚混凝土；接長周邊格柵C和中壁格柵，鋪設仰拱格柵；上好上中壁和周邊上端螺栓；周邊、中壁、仰拱掛網； 周邊打徑向錨桿；周邊、仰拱和中壁分別復噴16cm和11cm厚的混凝土。6開挖部 除不需作中壁外，其余工作內容與開挖部相同。7

5、.灌注仰拱混凝土。8.待初期支護穩定后，拆除中壁、橫聯。9.一次立模灌筑邊墻和拱部襯砌。(二)施工關鍵技術與作業要點1.施工關鍵技術(1)保持合理的分部開挖斷面和各部的縱向間距，開挖輪廓要圓順，以減少出現應力集中現象。(2)格柵各節點的連接一定要對齊，確保牢固可靠。(3)及時施作符合質量要求的初期支護，并使之盡早閉合，以控制圍巖變形和縮短圍巖暴露時間。(4)加強對圍巖的量測監控。2.作業要點(1)開挖分部開挖前要嚴格按預定尺寸放線，開挖遵循“寧欠勿超”的原則(局部欠挖處用風鎬修正)，斷面要力求圓順。每循環進尺以0.8m為宜。各部開挖的縱向間距嚴格按圖2掌握。(2)初期支護初期支護的結構形式見圖

6、3。每榀格柵共有13個單元，單元之間均為焊接。具體情況是：周邊格柵：由8個單元組成，即圖3中的A、B、C、D、D、C、B、A。格柵斷面為矩形，主筋為4根25螺紋鋼，側面聯結筋為10圓鋼，頂、底面聯結筋為8圓鋼，具體結構見圖4，主筋與聯結筋均用焊接。中壁和橫聯格柵：中壁格柵由3個單元組成(圖3中的鋼、鋼、鋼)，橫聯格柵由橫、橫兩個單元組成。這兩種格柵均采用三肢格柵(見圖5)。格柵(含槽鋼)的連接：將格柵兩端分別焊上鉆好孔的角鋼(角鋼長20cm，用三肢格柵時長19cm)，用M20×60螺栓栓接。有槽鋼時，將帶角鋼的格柵放入槽鋼內，再用螺栓連接(見圖6)。相鄰格柵之間采用22拉桿相聯，拉桿

7、間距為1.2m。4處槽鋼，每次按0.8m接長。錨桿的設置：徑向錨桿按每榀格柵設置1排，錨桿頭之間距為1.0m，桿長3.5m；每隔2榀格柵設1排超前錨桿，錨桿頭部間距為0.3m，桿長3.5m。掛網噴射混凝土：周邊、中壁和仰拱的初期支護均應設鋼筋網，網采用6圓鋼制成，網格為15cm×15cm。當確認開挖尺寸符合要求后，隨即噴射一層4cm厚的混凝土，其作用一是防止個別土塊塌落，二是為鋼筋網設置保護層。待格柵、掛網、錨桿等工序完成后，再噴一層混凝土，其厚度為：周邊、仰拱16cm，中壁、橫聯11cm。復噴時應注意，噴前應檢查格柵與初噴混凝土有無空隙，有空隙則須用同標號混凝土塊塞緊；復噴后混凝土

8、要將格柵全部蓋住。 圖6 格柵的連接(3)量測監控。施工監測需按圖7程序進行。(4)二次襯砌仰拱每次灌筑仰拱以45m為宜。灌注混凝土前需先清理作業面，然后綁扎鋼筋，要注意，橫向鋼筋一定要穿過中壁 (為此，可用風槍將中壁鉆孔)，鋼筋綁完后，停止掘進(或)部，隨即灌注仰拱混凝土，混凝土中宜加2%的二水石膏粉和0.05%的三乙醇胺作早強劑。拆除中壁和橫聯通過對周邊收斂、拱頂下沉、格柵內力、圍巖位移和地表下沉的量測，確認圍巖穩定后，便可拆除中壁和橫聯(順序為先中壁后橫聯，從上往下拆)，每次拆除45m。襯砌拱部和邊墻待中壁、橫聯拆完后，即可綁扎邊墻和拱部鋼筋，立模灌注混凝土。六、質量標準及控制(一)支護

9、質量初期支護質量的好壞直接關系到本工法的成敗，故對之要嚴格控制，要做到：噴射混凝土的設計強度和彈性模量必須符合錨桿噴射混凝土支護技術規范(GBJ86-85)的規定，施工時要按鐵路隧道錨桿噴射混凝土支護設計施工技術規則的規定進行試塊抗壓試驗； 噴射混凝土的厚度必須保證，可采用預埋鋼筋頭、設置量測標志進行檢查，并實行驗收制度，不合格時立即補噴；格棚支撐必須嚴格按設計下料，組焊和安裝必須符合單線電氣化鐵路隧道鋼架支護(肆隧3004)的規定；復噴混凝土時必須保證格柵與初噴混凝土面間無空隙，并將格棚噴滿噴實至完全覆蓋，現場可用肉眼觀察和錘擊法進行檢查，發現有不實之處必須鑿開重噴。值得注意的是，每次復噴前

10、必須將4處槽鋼內的雜物清除干凈，噴射混凝土從槽鋼處開始，將槽鋼噴滿后再噴格柵和鋼筋網。(二)現場監控量測現場監控量測的必測項目、選測項目、使用的儀器、布點和量測頻度等如表1所列。周邊收斂、拱頂下沉和圍巖內位移量測的斷面布點情況見圖8，格柵內力量測斷面布點見圖9，中線方向每20m布設一地表下沉測點，另任選3個斷面布設其它點進行量測。本工法確定的監控基準值為：周邊每邊7cm，拱頂下沉9cm，地表下沉5cm，格柵每根主筋內力不大于78.4kN，周邊圍巖內位移不大于7cm。樂善村2隧道的實測最大值分別為：周邊收斂5.7cm，拱頂下沉5.4cm，地表下沉6.7cm(洞口段)，格柵內力69.58kN，圍巖

11、內位移4.7cm，基本上都小于基準值，故認為是安全的。七、施工安全措施本工法除應遵守鐵路隧道施工安全規則等規范外，還應結合中壁法的施工特點，采取以下安全措施：1.對全員進行安全意識教育，特別是量測人員和安全檢查人員，要完善其崗位職責。2.制定中壁法施工的安全規章和制度。3.嚴格控制各開挖分部循環進尺，開挖和支護工序必須銜接緊密，以減小圍巖變形。4.除部外，其余各部的開挖必須在鄰近作業面的初期支護達到一定強度后進行。5.各分部開挖須保持圖2所示的縱向間距，并以能盡早使初期支護閉合而不造成兩部施工干擾為原則。6.對局部松散破碎地段，應根據量測信息加強支護。7.拆除中壁、橫聯時，腳手架一定要牢固，要

12、按先上后下、先中壁后橫聯的順序施工，施工人員通過拆除點時要注意聯系。8.加強對圍巖和支護的動態監測，根據量測數據及時判斷圍巖和支護的穩定情況，如有異常須及時處理。9.利用部圍巖變化情況，分析、預報前方地質情況。八、機具設備單口作業所需用的機具設備見表2。九、勞力組織單口作業勞動力組織見表3。十、綜合效益分析1.本工法為軟弱圍巖、淺埋、大跨和特殊斷面的隧道及地下工程施工提供了新途徑，充實了新奧法的內容。2.本工法可行性強，施工安全可靠， 這主要是因為，本工法充分發揮了中壁和橫聯的交叉支撐作用，采用分部開挖分部成環封閉減輕了圍巖的松馳程度(表現在其實測數據小于量測監控基準值，見前述)，所采用的柔性

13、支護能適應圍巖的變形，使地層自承作用得以發揮，所采取的量測方式能敏感地反映圍巖及初期支護的穩定情況。3.工程質量好，主要表現在：采用短進尺多部開挖的方法，使毛洞成型好，減少了超欠挖；以格柵為主的初期支護系統性能穩定可靠；初期支護整體性強，與二次襯砌結合緊密。4.本工法與其他軟弱圍巖隧道施工方法相比較，不需要特殊的施工機具設備，能節省大量的機械臺班費，經濟效益顯著。十一、工程實例南昆線西段的樂善村2號雙線電氣化鐵路隧道，全長274m，開挖寬度為13.16m，開挖高度為10.98m，覆蓋層厚度438m。洞身通過的地層為第四系坡殘積砂粘土，下伏寒武系下統節竹寺組頁巖、粉砂巖夾粉砂質頁巖和炭質頁巖，風化嚴重，節理發育