拉槽法在长大明挖隧道开挖施工中的优势及应用

中铁十五局集团第三工程有限公司，四川 成都 611700

1 东晋隧道工程概况

由中铁十五局集团第三工程有限公司负责施工的东晋隧道DK7+500～DK9+700段位于山西省太原市晋源区，该隧道为明挖隧道，全长2200m，围岩等级为Ⅵ级，线间距为4～5m，为双线隧道，设计列车行车速度为120km/h。在DK7+575里程处设斜井一处。

该隧道所经过地区地质成分复杂，土质不均，结构松散，工程性质较差。地层从上而下为杂填土，厚度为1～2m；素填土，厚度为2～4m；新黄土，厚度为4～8m；粉土，厚度为8～12m；粉质黏土，厚度为12～16m。冠梁以下土方以黄土、粉土为主。

2 施工方案的技术比较

2.1 台阶接力法施工

设计图纸要求明洞基坑开挖采用台阶接力法施工，此方法需要根据基坑开挖深度配备挖掘机，利用反铲挖掘机将基坑内土方逐级倒至原地面，在原地面采用自卸车运输的方法将土方运至弃土场或回填。施工共分为五步，土方开挖纵断面示意图见图1。

图1 土方开挖纵断面示意图

第一步：利用1#挖掘机将④部土方挖运至③部，开挖后及时进行桩间网喷支护并安装第三道钢支撑。

第二步：利用2#挖掘机将③部土方挖运至②部，开挖后及时进行桩间网喷支护并安装第二道钢支撑。

第三步：利用3#挖掘机将②部土方挖运至①部，开挖后及时进行桩间网喷支护并安装第一道钢支撑。

第四步：利用4#挖掘机将①部土方挖运至原地面上停放的自卸车内，由自卸车将土方拉至弃土场或用于回填基坑。

第五步：根据此方法，逐级退台，满足底板浇筑长度后，及时浇筑垫层及底板混凝土。

2.2 拉槽法施工

拉槽法施工共分为七步，施工横纵断面示意图见图2、图3。

图2 拉槽法施工纵断面示意图

图3 拉槽法施工横断面示意图（单位：mm）

第一步：开挖第⑦部土方，长度满足自卸车运输坡度即可，一次性开挖不宜过长，开挖完成后及时按照设计要求对临时边坡进行挂网喷锚支护。

第二步：顺坡开挖①、③、⑤部土方，开挖宽度满足挖掘机回转半径即可，完成后作为自卸车运输通道和挖掘机作业平台，运输通道整体坡度控制在10%左右。基坑两侧预留土方纵横坡度为1∶0.5，可根据地质情况调整坡度，确保土体稳定。

第三步：开挖第②部土方，利用运输通道将土方直接装车运至弃土场或回填，完成后及时进行桩间喷锚支护并安装第三道钢支撑。

第四步：开挖第④部土方，利用运输通道将土方直接装车运至弃土场或回填，完成后及时进行桩间喷锚支护并安装第二道钢支撑。

第五步：开挖第⑥部土方，利用运输通道将土方直接装车运至弃土场或回填，完成后及时进行桩间喷锚支护并安装第一道钢支撑。

第六步：利用以上方法逐级退坡，满足长度要求后，及时浇筑垫层及底板混凝土。

第七步：贯通阶段剩余基底部分土方使用长臂挖机挖出，人工清底整平后及时浇筑垫层混凝土。

2.3 拉槽法开挖的优势

（1）由上述两种方法可以看出，采用拉槽法能节约挖掘机3台，且能够充分发挥挖掘机的开挖效率。

（2）拉槽法施工基坑两侧预留土体可以减小基坑收敛值，保证了基坑开挖的安全性。

（3）冠梁下主要为黄土及黏土，土体整体稳定性较好，此方法充分利用了土体的这一特性。

3 施工方案经济比较

由计算得出，东晋隧道DK7+500～DK9+700段开挖土方共59万m3，挖掘机采用租赁方式，根据空间尺寸选用小松PC300挖掘机，斗容量为1.4m3，太原地区每月租金为3.5万元。采用拉槽法施工，自卸车运距增加约200m，每立方米增加成本约0.5万元。两种方法的成本对比见表1。

表1 台阶接力法与拉槽法开挖成本对比分析表 单位：万元

由表1可知，采用拉槽法施工，土方开挖工序可节约成本107.5万元，降低了施工成本，增加了经济收益。

4 拉槽法开挖施工工艺

4.1 施工前的准备工作

（1）编制东晋隧道明挖段深基坑开挖及支护方案，该工程开挖深度超过5m，属于危险性较大的分部分项工程，故组织专家进行论证，论证后将方案报监理及建设单位审批。

（2）开工前对作业人员进行详细的安全技术交底和培训，确保作业人员熟悉开挖及支护的各道工序。

4.2 施工便道及地面排水沟施工

（1）为方便施工在开挖线2m外设置施工便道，每50m设一处吊车及天泵支设平台。

（2）为避免地表雨水进入明挖基坑内，在便道外侧设置截水沟，将水引排至附近的河流，防止地面水倒流，造成坑边积水，防止雨水下渗影响边坡及基坑稳定。

4.3 降水井施工

设计要求DK7+500～DK9+000段采用井点降水，DK9+000～DK9+700段采用坑内降水。降水井间距为10m，双侧设置，降水管采用φ400mm无砂水泥管（壁厚50mm），井径按φ705mm设置，埋设深度为H+4.5m（H为基坑深度）。在开挖前一个月开始降水，确保基坑开挖时水位线在基坑底以下，主体结构施工完成后停止降水，回填降水井。

4.4 冠梁顶以上土方开挖及临时边坡防护

冠梁顶以上土方开挖每次开挖高度不超过2m，边开挖边支护。临时边坡开挖深度大于3m时，坡度为1∶0.5，采用土钉墙支护；临时边坡开挖深度小于3m时，坡度为1∶1，采用喷锚支护，将φ8mm@150mm×150mm钢筋网片在现场预制成片状铺设，搭接300mm。面层喷射C25早强混凝土，厚度为100mm。

4.5 围护桩及冠梁施工

按照设计要求在基坑两侧打设围护桩，围护桩采用φ1000mm@1500mm钢筋混凝土灌注桩，混凝土强度等级为C30，钻孔桩采用旋挖钻机或冲击钻机成孔，混凝土统一用集中拌和站搅拌，并用混凝土运输车运输，使用导管法灌注混凝土。钻孔桩灌注完成后及时破除桩头，施作冠梁，冠梁尺寸为1.0m×1.2m，将围护桩连成整体。

4.6 基坑开挖及支护

（1）土方开挖。待围护桩及冠梁强度达到设计强度后采用拉槽法开挖桩间土方，根据建设单位工期要求，结合现场实际工况，除了利用2#斜井，还分别在DK8+400、DK9+300处开口下挖。基坑底预留20cm采用人工清底，完成后及时浇筑混凝土垫层，封闭开挖面。

（2）桩间支护。土方开挖总体遵循边开挖边支护的原则，桩间土体开挖后及时采用网喷防护，喷C25早强混凝土厚100mm，φ8mm钢筋网格间距为150mm×150mm，钢筋网采用φ22mm锚筋锚入桩间土体内固定，锚筋长度为2m，竖向间距为1m，横向间距为1.5m。

开挖至设计位置后及时安装钢支撑，钢支撑采用φ609mm钢管，纵向间距为4.5m。

4.7 主体结构施工

开挖至基坑底后，及时施作垫层、防水层及底板钢筋混凝土，确保基坑稳定安全。

4.8 土方回填

待衬砌强度达到设计强度后，及时按设计要求分层回填、分层夯实洞顶土方至原地面。

4.9 监控量测

土方开挖过程中按照设计要求布设监控量测点，并按要求频率进行监测，反馈监测数据，若超过预警值应报警，并及时分析数据，采取措施，确保基坑开挖安全。

5 注意事项

（1）土方开挖过程中要做好环保工作，及时在便道上洒水，避免扬尘。便道进出口设置车辆冲洗装置。场地上临时堆放的土方要用滤网及时覆盖。

（2）基坑边2m范围内严禁堆载，确保边坡安全稳定。

（3）土方开挖后，要及时进行挂网喷锚支护，及时安装钢支撑，避免开挖面暴露时间过长，引起桩间土体塌落。

（4）土方开挖前，要对挖掘机、自卸车等车辆驾驶人员进行安全技术培训并考核，考核合格的人员方可上岗，所有驾驶人员严禁疲劳驾驶、酒后驾驶，车辆行驶速度不能超过规定要求。

（5）在基坑开挖过程中，如果发现有与设计不符的地质情况时，应及时报监理、业主确认，并做好记录，绘制施工工程地质素描图。

（6）土方施工至设计标高后，及时浇筑混凝土垫层封闭该段长度，使之处于稳定状态，避免雨水等情况造成坑底涌水、隆起现象。

（7）雨后立即对基坑支护变形进行观察，一旦基坑支护变形超出允许范围，立即采取补救措施，雨后对控制桩位进行复核。

（8）用机械开挖土方时，严禁开挖机械碰撞钢支撑。

6 结束语

东晋隧道土方及支护结构目前已全部完成，施工过程中根据监控量测数据反映，未出现报警情况，整个开挖过程安全可控。因此，在长大明挖隧道采用拉槽法开挖，有利于维护基坑稳定、加快施工进度、节约施工成本，同时也为类似设计、类似工程总结了经验，提供了安全有效的解决方案。