塊石土隧道斜井進(jìn)正洞挑頂施工技術(shù)

武曉東 程 裕 和鋒剛

1 工程概況

排前2號隧道斜井位于線路右側(cè)一山坳處,斜井全長131 m,主要為13%下坡,設(shè)計在 DK127+076與線路60°相交,如圖1所示,斜井XDK0+60～XDK0+131位于塊石土圍巖,圍巖以粉質(zhì)黏土夾雜石灰?guī)r,塊石直徑從35cm～150cm不等。在斜井掘進(jìn)過程中,圍巖坍落掉塊現(xiàn)象較多,圍巖穩(wěn)定性差,斜井開挖寬為5.5 m,高度6.42 m,設(shè)計為Ⅴ級,如開挖跨度過大,容易引起塌方;斜井距正洞25 m處開始采用Ⅴ級加強襯砌斷面。

2 斜井轉(zhuǎn)入正洞施工技術(shù)

2.1 施工難點

排前2號隧道斜井與正洞交匯段位于塊石土圍巖中,圍巖坍落掉塊現(xiàn)象較多,圍巖穩(wěn)定性差,如開挖跨度過大,容易引起頂部塌方,危及人身安全;同時,為了保證將來運輸車輛的行駛便利,施作了小喇叭口,喇叭口的施工增大了開挖斷面,給施工安全帶來了隱患。另外,正洞拱頂比斜井拱頂高約2.9 m,斜井喇叭口沿正洞走向跨度達(dá)到9 m,開挖寬度達(dá)13 m,斜井口部型鋼拱架將承受來自圍巖及正洞鋼架的壓力,因此加強口部支護(hù)及保證喇叭口處圍巖的穩(wěn)定是交叉口施工的關(guān)鍵所在。

2.2 施工步驟

1)在斜井開挖到距離正洞邊緣2.5 m處后,開始向正洞方向扇形轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化過程中逐步擴大開挖斷面,形成喇叭口。2)斜井與正洞交匯處加強鋼架設(shè)立,該鋼架既是斜井本身的支護(hù)手段,也承受該區(qū)域正洞鋼架傳遞的荷載。3)斜井至正洞過渡段支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后,用砂袋回填喇叭口施工帶來的超挖坑道,保證挑頂導(dǎo)洞施工中的圍巖穩(wěn)定。4)采用門架式爬坡導(dǎo)洞法進(jìn)入正洞頂部,初支成型后向兩方向掘進(jìn),逐步形成三臺階開挖。

3 施工組織實施

3.1 斜井轉(zhuǎn)化段及喇叭口施工

在距離正洞邊界2.5 m處(斜井中線里程),采用六榀Ⅰ18工字鋼完成斜交到正交的過渡。結(jié)合塊石土圍巖情況,擬采用扇形過渡的方式[1]。鋼架過渡方案如下:鋼架中心拱頂間距60cm,每榀(次)鋼架轉(zhuǎn)向近5°,共 6榀完成 30°的轉(zhuǎn)向,C25噴混凝土厚25cm;φ 8mm 雙層鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格25cm×25cm;Φ 22mm 縱向連接筋,環(huán)向間距1 m;砂漿錨桿 L=3 m,1 m×1 m,梅花形布置,每榀設(shè)17根;φ 42mm 鎖腳錨管,L=4 m,每榀設(shè) 8 根;φ 42mm 鋼管超前小導(dǎo)管,環(huán)形間距40cm,L=3.5 m,每環(huán)設(shè)21根,縱向間距2 m。

斜井與正洞交匯處鋼架不僅是斜井本身的支護(hù)手段,同時也承受該區(qū)域正洞鋼架傳遞的荷載。該區(qū)域鋼架跨度大、受力復(fù)雜,只有提高支護(hù)強度才能有效抑制圍巖變形,因此,在斜井與正洞交叉口段,設(shè)立兩榀Ⅰ25a型鋼拱形鋼架[2-6],鋼架法線與正洞中心線垂直,在此型鋼鋼架上焊接Ⅰ25a型鋼橫梁,并在橫梁兩端螺栓連接Ⅰ25a型鋼立柱,為正洞鋼架提供落腳平臺,正洞仰拱鋼架連接在斜井仰拱預(yù)埋的Ⅰ25a型鋼上,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 喇叭口處施工安全技術(shù)措施

喇叭口施工時,門架設(shè)立帶來了較大的開挖面,同時此種圍巖下,容易形成超挖,最寬處達(dá)到13 m,縱向 2 m的臨空面,雖然交匯處鋼架成功設(shè)立,但較大開挖臨空面給下一步正洞挑頂施工帶來了安全隱患,嚴(yán)重危及施工安全。對門架兩側(cè)的超挖坑道采用砂袋堆碼臨時回填并進(jìn)行了噴混凝土防護(hù),使暴露臨空面僅為導(dǎo)洞口大小,有效的保證了下一步正洞挑頂?shù)陌踩┕?。實踐表明對于塊石土圍巖,有效控制開挖臨空面和做好超前支護(hù)是保證安全施工的前提。

3.3 正洞上導(dǎo)坑門架挑頂施工

喇叭口處門架設(shè)立并回填超挖坑道后,采用小導(dǎo)坑門框式鋼架爬坡進(jìn)入正洞洞身,于正洞中線處達(dá)到正洞拱頂高程,施工中門框頂梁按正洞支護(hù)外弧控制并預(yù)留15cm變形量,門框頂橫梁將作為永久支護(hù)考慮,擴挖至正洞上臺階標(biāo)準(zhǔn)斷面后安裝正洞鋼架。

在斜井至正洞過渡段臨時棚架支護(hù)完成后,施作正洞上導(dǎo)挑頂段初期支護(hù)。正洞鋼架直接安設(shè)于棚架橫梁底部,正洞鋼架支護(hù)拱腳一側(cè)坐于上臺階底面,另一側(cè)坐于工字鋼縱梁頂。

3.4 正洞交匯段仰拱施工

保證正洞與斜井交匯段的結(jié)構(gòu)安全,交匯段正洞上臺階拱部錨噴支護(hù)到位后,先向正洞大里程方向,沿上臺階拱部開挖輪廓線打設(shè)單層超前注漿小導(dǎo)管,L=3.5 m,環(huán)向間距40cm,開挖采用弱爆破、短進(jìn)尺,循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8 m以內(nèi)。待正洞形成三臺階施工平臺,交叉口部正洞下部鋼架落底后,封閉掌子面。然后采用相同方法進(jìn)行小里程方向施工,直至小里程形成三臺階施工平臺后,停止掘進(jìn),施作交叉口部正洞仰拱,使支護(hù)及早成環(huán),穩(wěn)定交叉口的圍巖應(yīng)力變化,確保結(jié)構(gòu)安全。

3.5 監(jiān)控量測

排前2號隧道斜井與正洞交匯段處,應(yīng)力集中點多、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。為了更好掌握圍巖變化情況,施工監(jiān)控量測方案和現(xiàn)場實施尤為重要。在斜井向正洞轉(zhuǎn)換施工過程中,尤其重視監(jiān)控量測工作。該段施工過程中,拱頂沉降量測采用貼反射膜片配合全站儀量測,水平收斂采用JSS30A型數(shù)顯收斂計進(jìn)行量測。該段施工量測結(jié)果表明:圍巖穩(wěn)定后,隧道拱頂沉降最大值9.3cm,水平收斂最大值8.0cm,整個施工過程中處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

排前2號隧道斜井與正洞交叉口施工,采用扇形過渡、設(shè)置喇叭口、正洞門架挑頂施工的方法,成功實現(xiàn)了塊石土圍巖下斜井到正洞的安全轉(zhuǎn)化,預(yù)防了隧道塌方,為在塊石土地段進(jìn)行斜井到正洞的轉(zhuǎn)化施工提供了借鑒經(jīng)驗。通過本次施工,表明塊石土圍巖下,控制開挖臨空面是保證安全施工的前提,塊石土圍巖下隧道交叉口施工有如下幾點建議:

1)排前2號隧道斜井交叉口隧道施工于2009年11月4日仰拱澆筑完成,現(xiàn)在已安全通行7個月,實踐證明挑頂施工方案在塊石土圍巖下隧道交叉口施工是安全可行的。

2)隧道交匯段施工中應(yīng)盡可能減小開挖面,控制開挖進(jìn)尺,以減小大塊石的掉落,造成塌方;隧道施工中要及時進(jìn)行初次支護(hù),并確保噴射混凝土質(zhì)量。

3)交叉段施工中要及早施工底拱,以形成封閉的支護(hù)圈體系,保證運輸咽喉的安全。

4)同時,為使斜井順利向正洞過渡,減小正洞挑頂施工的難度,保證施工中的通風(fēng)順暢,在接近正洞時應(yīng)逐步抬升斜井高程,使斜井到達(dá)正洞時拱頂與正洞拱頂順接。

[1] 張智軍.雙線黃土隧道斜井進(jìn)正洞挑頂施工技術(shù)研究[J].山西建筑,2007,33(12):313-314.

[2] 付國宏.7號斜井進(jìn)正洞挑頂施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2009(9):77-79.

[3] 戴文革.施工隧道斜井與正洞交叉段施工技術(shù)探討[J].水利與建筑學(xué)報,2008,3(6):82-84.

[4] 肖勇華.烏鞘嶺隧道1號斜井進(jìn)正洞施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2004(8):59-60.

[5] 張金鋒.張茅隧道1號斜井進(jìn)正洞挑頂施工技術(shù)[J].山西建筑,2006,32(8):128-129.

[6] 李 靜.豎井橫通道轉(zhuǎn)正洞施工方案比選[J].鐵道建設(shè),2008,3(6):82-84.