卡迈尔隧道施工技术

摘要：具体介绍了以色列卡迈尔隧道西隧道西口洞口浅埋段的双侧壁导坑施工技术，通过本次工程施工实践，对以后大跨度隧道尤其是城市公路隧道浅埋段和软弱围岩段的洞口施工有很好的借鉴作用。

关键词：城市公路隧道 浅埋段 大跨度 软弱围岩 双侧壁导坑施工技术

1 前言

以色列卡迈尔隧道属于城市公路隧道，地处以国第三大城市——海法市中心，该隧道由德国WBI公司设计，中铁十二局负责施工；采用德国及以色列国家相关标准，标准新，规范严；隧道为双向双洞设计，由东、西隧道的4座单洞及三处洞外互通立交组成，隧道单洞总长9495米。其中西隧道西口位于Carmel海滩。该段开挖断面大（隧道净宽17.2米，净高12.15米），且地质较差，属Conglomerate，洞口前50米采用双侧壁导坑施工。下面对以色列卡迈尔隧道双侧壁导坑施工技术进行详细介绍，值得推广。 2双侧壁导坑法施工工艺原理

施工工艺原理：把整个隧道大断面分成左右上下5个小断面施工，每一小断面单独掘进，最后形成一个大的隧道（见下图），且利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采用网状支护形式，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构，用中隔壁及中隔板承担部分受力。

监 控 量测 清理掌子面，画开挖断面 施作超前支护、注浆 加工制作管棚钢管 监控量测 开挖①部，进尺同钢架间距 喷射7cm砼封闭掌子面 施作洞身锚杆 架立拱部、临 时钢架 施作锚喷支护,闭合成环 开挖③部位， 进尺同钢架间距 加工钢拱架、钢筋网 开挖②部，进尺同钢架间距 喷射7cm砼封闭掌子面 施作洞身锚杆 架立拱部、临 时钢架 施作锚喷支护,闭合成环 开挖④部位， 进尺同钢架间距 加工钢拱 架、钢筋网

架立拱部格栅钢架 施作锚喷支护 开挖⑤ 施作仰拱锚喷支护,闭合成环 一次拆除侧壁5～6米 监控量测 双侧壁导坑法施工工艺流程图

3双侧壁导坑施工方法

侧导洞分上下两个台阶，开挖采用弱爆破及小型挖掘机开挖，采用奔驰车外运至碴

场。开挖台阶长度0.8m，施工时两个侧洞错开,一侧侧洞落后于另一侧洞3～5ｍ,两侧洞中间部分落后最前面侧洞开挖面不小于20ｍ。侧壁小洞的临时仰拱距侧洞下台阶不大于14米，开挖后，立即进行初喷3cm厚砼，并对掌子面进行封闭7cm砼，必要时施打掌子面玻璃纤维锚杆（L=6m）（根据掌子面情况而定）。初喷完成后立即进行第一层网片施工、格栅拱架安装，并施做系统锚杆及锁脚锚杆，然后喷射砼至2/3设计厚度。循环施工完成30m后，安装第二层网片，复喷砼至设计厚度，由于设计主要采用的是喷锚支护，没有二衬砼部分，所以，当喷射最后一层砼时，外表3cm不含钢纤维，采用素砼喷射。要求隧道外观平顺。两洞之间的中间部分开挖作业方式同侧洞。并及时架设拱部和临时横撑及仰拱的拱架，使之与两侧洞及时联接成环。在施工过程中，加强监控量测，实行信息化施工，并根据监测情况，及时拆除临时格栅支撑，施作该段二次衬砌。施工时两侧导坑错开施工，一侧的侧导坑落后于另一侧导坑3～5m，中间土体部分开挖初期支护落后最前面侧导坑开挖面6～10m。

4.1两侧导坑上部开挖及支护

上部开挖。超前小导管预注浆对地层进行加固后，采用人工开挖直接开挖翻碴至下台阶，用翻斗车转运至提升架处，采用电动葫芦垂直起吊外运。每一开挖循环进尺为0.5m，由测量人员控制中线水平，施工时保证不欠挖，控制超挖。开挖轮廓线尽可能圆顺，以减小应力集中，另一侧上部开挖落后3～5m。

上部断面初期支护。a、初喷：砂层段，在开挖后立即进行，以便尽早封闭拱顶暴露面，喷射混凝土厚4～5cm。粘土层段视开挖后围岩的稳定情况而定。b、格栅钢架：格栅钢架制作符合设计规范，满足施工要求；安设时清除浮土，拱脚夯实或设置垫板，钢格栅纵向间距按设计要求每榀0.5m，纵向设φ22连接筋，其环向间距为1m，交错布置。c、挂网：单层铺设，采用Φ8钢筋，网格15×15cm，作成1.5m×0.7m的网片，铺设在格栅钢架的背后位置，密贴围岩，并与格栅钢架连接牢固。d、喷射混凝土：采用TK-961型湿喷机喷护，砂层段第一次喷射厚度3～5cm，架立好格栅钢架后，从钢架腹部打入下一循环的超前管棚，封好管口，复喷至设计厚度。e、锁脚锚管：在拱脚处打设两根Φ42锚管，其尾部与格栅钢架焊接牢固。喷砼时注重保护好管口，喷砼结束后，及时压浆。

超前小导管作业。钻孔：超前小导管采用风钻直接顶入，压浆前用高压风清孔。超前小导管选用普通φ42×4mm钢管加工而成，顶部切削成尖靴，尾部焊接垫圈，长度为2.5m或3。

超前小导管按设计范围沿拱部周边轮廓线设置，超前小导管从钢架腹部空间穿过，外插角在20°左右，尾部与钢架焊连接成一体。注浆：为保证注浆质量，注浆前孔口处喷20cm混凝土封堵。采用高压注浆泵注水泥、水玻璃浆液，压力控制在0.3～0.5Mpa，浆液配合比视地质情况及现场试验确定，保证浆液扩散互相咬接，以提高围岩的稳定性。 4.2两侧下部开挖及支护

两侧下部开挖每循环进尺1.0m，下部落后上部3m。反坡开挖时，在掌子面设集水坑抽排水，集水坑内抽至竖井集水井后排出洞外。永久与临时初期支护同时施作，并及时封闭环状。其余与上部同。两侧下部施工工艺流程为：一侧侧洞下部开挖落后，另一侧侧洞下部开挖5m→两侧下部开挖、每循环进尺1.0m→初喷混凝土4～5cm→安钢架、挂钢筋网、焊联接筋→二次复喷混凝土达设计厚度→进入下一循环。 4.3中间上部开挖及支护

待两侧洞初支作好一定时间后，开挖中间土体，落后一侧侧洞开挖初支3～5m。中间上部施工工艺流程图：施作超前小导管预注浆加固→开挖土石方→初喷混凝土4～5cm→安设钢格栅，焊纵向联接筋→钢架之间安设钢筋网→复喷混凝土达设计厚度→进入下一循环。 4.4中间下部开挖及支护

检查中隔板、中隔壁支撑，分析各部开挖支护后的变形收敛情况，处于基本稳定后，开挖中间下部土体，下部开挖落后上部30～50m。施工工艺流程图为：中间下部土体开挖→中间底部钢格栅和钢筋网的安装→喷混凝土封闭底部仰拱→下一循环。I利用洞口导向措施或上循环已架钢架施作隧道超前支护。

II 人工风镐开挖（必要时弱爆破）开挖○1部。 Ⅲ 喷8cm厚混凝土封闭掌子面。

Ⅳ 施作○1部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，铺设第一层钢

筋网片，架立钢架和临时钢架，并设锁脚锚杆及系统锚杆，复喷至2/3设计厚度。

Ⅴ 安装第二层钢筋网片后复喷混凝土至设计厚度。 ⑵Ⅰ 人工风镐开挖（必要时弱爆破）开挖○2部。 Ⅱ 喷8cm厚混凝土封闭掌子面。 Ⅲ 导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。

Ⅳ 接长钢架，并设锁脚锚杆，施作临时钢架、布置钢筋网。 Ⅴ 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

⑶ 实作○3部隧道周壁超前支护，开挖○3部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同⑴。

⑷ 开挖○4部并施作导坑周边的初期和临时支护，步骤及工序同⑵。

⑸Ⅰ 利用洞口导向措施或上一循环架立的钢架施作○5部超前支护，人工风镐开挖○5部。 Ⅱ 初喷8cm厚混凝土封闭掌子面（下一循环拱部超前支护掌子面处）。

Ⅲ 拱部初喷4cm厚混凝土，架设拱部钢架、布设钢筋网，钻设径向锚杆后复喷混凝

土至设计厚度。

⑹Ⅰ 利用洞口导向措施或上一循环架立的钢架施作○6部超前支护，人工风镐开挖○6部。 Ⅱ 初喷8cm厚混凝土封闭掌子面（下一循环拱部超前支护掌子面处）。

Ⅲ 拱部初喷4cm厚混凝土，架设拱部钢架、布设钢筋网，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。 ⑺ Ⅰ 开挖○7部。

Ⅱ 喷8cm厚混凝土封闭掌子面。 ⑻Ⅰ 开挖○8部。

Ⅱ 喷8cm厚混凝土封闭掌子面。

Ⅲ 导坑底部初喷4cm厚混凝土，安设仰拱钢架使钢架封闭成环，布设钢筋网，复喷

混凝土至设计厚度。

⑼ 逐步拆除临时钢架 ⑽进行监控量测。 3、施工注意事项

⑴、隧道施工坚持“先预报、管超前、短进尺、控爆破、早支护、快封闭、勤量测”的原则。

⑵、 人工风镐开挖，开挖轮廓要圆顺，以防出现应力集中，爱护围岩。

⑶、工序变化处之钢架（或临时仰拱钢架）应设锁脚锚杆，以确保钢架基础稳定。 ⑷、钢架之间纵向连接钢筋及时施作并连接牢固。

⑸、洞身锚杆施工钻孔机具采用旋转煤电钻实施干式钻孔，无法钻进处采用风辅助钻孔。

⑹、临时钢架的拆除等洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后，再进行。

与其他发达国家相比，以色列的建筑工程市场是相当活跃的，但以前中国与以色列的工程合作主要集中在劳务领域，而很难涉足利润丰厚的工程承包领域。此次中土公司的成功签约，打破了俄罗斯、土耳其、葡萄牙等国家对以色列对外大型工程的“垄断”，有可能突破中国公司在以工程领域的“瓶颈”。

双侧壁导坑法施工

隧道施工分部程序:施工时两侧洞错开,一侧侧洞落后于另一侧洞3～5ｍ,两侧洞中间土体落后最前面侧洞开挖面不小于20ｍ。

这是中国公司在以色列取得的最大项目，也是在以取得的第一个大型工程承包项目。

1. 大管棚

洞口第一次采用双排管棚（里圈61根，外圈60根），角度3、 6.5米以后洞口第二次采用单排管棚（50根），角度5、 7.2米以后洞口第三次采用单排管棚（48根），角度5、 7.2米以后洞口第四次采用单排管棚（44根），角度5 管棚施工总长度21米.

大管棚要求：外径141.3mm，壁厚6.55mm，钢等级S235JR，长度15米 管与孔的空隙不小于3mm， 水灰比0.45~0.5

管棚纵向搭接长度为3米，大约4.8米长度在开挖期间需切割掉。 2. 洞口开挖支护施工参数

开挖：上，下台阶循环进尺0.8米，仰拱循环进尺1.6米。 支护：外轮廓喷射砼厚度40(含40kg/m3), 双层网片,临时支护喷射砼厚度25(含40kg/m3), 双层网片.

拱架(边墙Pantex 115/26/34,拱顶steel arch TH29,临时拱架Pantex 70/22/32,) 自进式锚杆边墙为6m,拱部为4m. 超前锚杆16根*3.5米/循环

临时掌子面封闭厚度7cm, 50kg/m3,玻璃纤维锚杆l=12m,3m搭接,24根. 侧壁导坑与拱顶开挖之间的距离不小于20m.,

正洞仰拱与拱顶开挖之间一般不大于14m.(根据施工中的检测结果来定) 参考文献：

Structural Steel ASTM A-36 Galvanized Fence Grid ASTM A-392-74 Ready Mixed Concrete ASTM C-94-81 Grading of Aggregates ASTM C-136-76 Testing of Bending Strength of Concrete ASTM C-78-54 Preparation of Concrete Samples for

Laboratory Testing ASTM C-192-81

Preparation of In Situ Concrete Samples ASTM C-31-83 Standard Specification for Materials for Use in

Cement and Concrete ASTM C-387

Sprayed Curing Agent ASTM C-309

Chemical Additives to Concrete ASTMC-494, type G Pumped Concrete ACI 304, 2R-71 Recommended Procedures for Shotcrete ACI 506-66 (83) Specifications for Materials, Dosage &

Application of Shotcrete ACI 506-2-77 (83) Concrete ACI 544-2R (83) Finish of Fibre Containing Concrete ACI 544-3R (84)

Measurement of Properties-Fibre-Containing Specification for Mixing, Application and

Structural Steel DIN 1025 St. 37 Steel for General Application in Buildings DIN 17100 Mechanical Properties of Threaded Connectors SAE J 429 Safety Requirements for the Mining of Tunnels,

Shafts, and Caissons

ANSI A10-16 BS 2569 DIN 4150 DIN 18551 DIN 1048 DIN 4226 DIN 1045 DIN 21521 EN 1537

Spray-Plating with Zinc Control of ground vibrations

Shotcrete - fabrication and quality control Quality Control and testing methods for concrete Cement DIN 11 Aggregates for concrete

Concrete and Reinforced Concrete, design and

construction

Anchors for support of mines and tunnels Execution of special geotechnical works,

grouted anchors

框架结构 1 前言

浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法施工为矿山法中的一种施工方法，在城市中采用此种施工方法，在保证施工地表不陷、不坍的前提下，做到不扰民，维护了市容和街面上正常的交通秩序。

2 双侧壁导坑法施工特点及适用范围 2.1 特点

1）地铁浅埋隧道采用双侧壁导坑法施工，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，经济效益显着。

（2）该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，在深圳地铁工程施工中总结出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式

的隧道洞室。 2.2 适用范围

（1）它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下的浅埋隧道，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

（2）适用于V-VI级围岩地层，开挖断面在40～120m2的隧道。

（3）由于该施工方法在有水条件的地层中可广泛运用，加之国内丰富的劳动力资源，在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广，已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道，而且在大跨度车站的修筑中也有有相当的应用。此外，该方法也广泛应用于浅埋地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。这项技术的采用，结束了我国城市修建地铁大开挖的历史，开创了我国在大城市松软地层内修建地铁的新途径，同时标志着我国地铁建设已达到国际水平。

3 双侧壁导坑法施工工艺原理

地铁隧道浅埋暗挖双侧壁导坑法施工是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是：就是把整个隧道大断面分成左右上下6个小断面施工,每一小断面单独掘进，最后形成一个大的隧道,且利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采用网状支护形式，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构，且用中隔壁及中隔板承担部分受力。该方法主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖双侧壁导坑法省去了许多明挖法施工需要的报批、拆迁、掘路等程序，现在深圳地铁被施工单位普遍采纳。

4 双侧壁导坑施工方法

侧导洞分上下两个台阶，上台阶土方采用人工风镐开挖土方，并直接翻入下台阶，采用翻斗车外运至垂直提升处，桁架电动葫芦垂直提升。开挖台阶长度2～3m，初期支护分别进行，两侧洞均设临时钢架横撑，做到步步封闭成环。两洞之间的中间部分开挖作业方式同侧洞，并及时架设拱部和临时横撑及仰拱的拱架，使之与两侧洞及时联接成环。二次衬砌采用输送泵浇筑，先施作隧底仰拱，使其紧跟中部下台阶土体的开挖掌子面；然后施作两侧仰拱，再做两侧拱墙部份，最后施作中部拱圈。二次衬砌仰拱采用自制仰拱底模，边墙与拱圈采用衬砌台架安装钢模，混凝土泵泵送。该段施工过程中，适时进行初支背后注浆，以控制地表沉降。在施工过程中，加强监控量测，实行信息化施工，并根据监测情况，及时拆除临时格栅支撑，施作该段二次衬砌。施工时两侧导坑错开施工，一侧（如3部）的侧导坑落后于另一侧导坑（如1部）3～5m，中间土体部分（如5部）开挖初期支护落后最前面侧导坑开挖面6～10m。隧道施工工法和工序间隔见下图1所示。

4.1 两侧导坑上部开挖及支护

（1）上部开挖。超前小导管预注浆对地层进行加固后，采用人工开挖直接开挖翻碴至下台阶，用翻斗车转运至提升架处，采用电动葫芦垂直起吊外运。每一开挖循环进尺为0.5m，由测量人员控制中线水平，施工时保证不欠挖，控制超挖。开挖轮廓线尽可能圆顺，以减小应力集中，另一侧上部开挖落后3～5m。

（2）上部断面初期支护。a、初喷：砂层段，在开挖后立即进行，以便尽早封闭拱顶暴露面，喷射混凝土厚4～5cm。粘土层段视开挖后围岩的稳定情况而定。b、格栅钢架：格栅钢架制作符合设计规范，满足施工要求；安设时清除浮土，拱脚夯实或设置垫板，钢格栅纵向间距按设计要求每榀0.5m，纵向设φ22连接筋，其环向间距为1m，交错布置。c、挂网：单层铺设，采用Φ8钢筋，网格15×15cm，作成1.5m×0.7m的网片，铺设在格栅钢架的背后位置，密贴围岩，并与格栅钢架连接牢固。d、喷射混凝土：采用TK-961型湿喷机喷护，

砂层段第一次喷射厚度3～5cm，架立好格栅钢架后，从钢架腹部打入下一循环的超前管棚，封好管口，复喷至设计厚度。e、锁脚锚管：在拱脚处打设两根Φ42锚管，其尾部与格栅钢架焊接牢固。喷砼时注意保护好管口，喷砼结束后，及时压浆。

（3）超前小导管作业。钻孔：超前小导管采用风钻直接顶入，压浆前用高压风清孔。超前小导管选用普通φ42×4mm钢管加工而成，顶部切削成尖靴，尾部焊接垫圈，长度为2.5m或3。超前小导管按设计范围沿拱部周边轮廓线设置，超前小导管从钢架腹部空间穿过，外插角在20°左右，尾部与钢架焊连接成一体。注浆：为保证注浆质量，注浆前孔口处喷20cm混凝土封堵。采用高压注浆泵注水泥、水玻璃浆液，压力控制在0.3～0.5Mpa，浆液配合比视地质情况及现场试验确定，保证浆液扩散互相咬接，以提高围岩的稳定性。 4.2 两侧下部开挖及支护

两侧下部开挖每循环进尺1.0m，下部落后上部3m。反坡开挖时，在掌子面设集水坑抽排水，集水坑内抽至竖井集水井后排出洞外。永久与临时初期支护同时施作，并及时封闭环状。其余与上部同。两侧下部施工工艺流程为：一侧侧洞下部开挖落后,另一侧侧洞下部开挖5m→两侧下部开挖（含两侧仰拱）、每循环进尺1.0m→初喷混凝土4～5cm（包括隧底及中间土体侧面）→安钢架、挂钢筋网、焊联接筋（包括中间临时钢架等）→二次复喷混凝土达设计厚度→进入下一循环。 4.3 中间上部开挖及支护

待两侧洞初支作好一定时间后，开挖中间土体，落后一侧侧洞开挖初支3～5m。中间上部施工工艺流程图：施作超前小导管预注浆加固→开挖土石方→初喷混凝土4～5cm→安设钢格栅，焊纵向联接筋→钢架之间安设钢筋网→复喷混凝土达设计厚度→进入下一循环。 4.4 中间下部开挖及支护

检查中隔板、中隔壁支撑，分析各部开挖支护后的变形收敛情况，处于基本稳定后，开挖中间下部土体，下部开挖落后上部30～50m。施工工艺流程图为：中间下部土体开挖→中间底部钢格栅和钢筋网的安装→喷混凝土封闭底部仰拱→下一循环。

5 结语

采用双侧壁导坑法施工,将大断面隧道开挖分成6个小断面开挖；将大断面隧道衬砌分成几部分衬砌。施工中做到“短进尺、早支护、勤量测、速反馈”，保证了结构安全，成功解决了深圳地铁会市区间地铁隧道的工期紧张、工艺复杂、互相干扰大、地表沉降控制等难题。施工中量测信息的反馈对循环进尺、支护形式及二次衬砌均有很强的指导作用。对以后大跨度隧道尤其是城市地铁大跨度隧道和软弱围岩的洞口施工有很好的借鉴作用。（