Ⅴ級(jí)圍巖橫洞進(jìn)正洞挑頂方法

高得利

1 工程概況

新馬房子河隧道位于陜西省柞水縣境內(nèi),乾佑河右岸,進(jìn)口位于石鎮(zhèn)村,出口位于沙坪村,起訖里程DK 120+950～DK 122+ 295,全長(zhǎng) 1 345m,該隧道為臨近既有鐵路西康線的單線電氣化隧道,設(shè)計(jì)行車速度為 160 km/h。隧道范圍內(nèi)地層主要為印之期花崗巖。隧道進(jìn)出口施工便道較困難,為增開(kāi)工作面,采取橫洞進(jìn)正洞。

由于地理?xiàng)l件限制,橫洞定在正洞左側(cè)DK 122+205位置,垂直線路方向,距離正洞出口 90m,進(jìn)入正洞后,以小里程方向?yàn)橹鞴シ较?。該處正洞圍巖為Ⅴ級(jí)加強(qiáng)圍巖,圍巖裂隙發(fā)育,石質(zhì)較軟,較破碎。

2 橫洞與正洞三岔口施工方案選擇與細(xì)化

2.1 橫洞與正洞三岔口施工方案選擇

由于橫洞、正洞斷面尺寸較小,為了保證橫洞與正洞三岔口處機(jī)械行走通暢,采取以下方法：在橫洞接近于正洞相交里程時(shí),逐漸抬高橫洞拱頂高程,逐漸加寬拱架拱部半徑,加長(zhǎng)鋼架直腿長(zhǎng)度;于正洞與橫洞相交里程起,采用小導(dǎo)坑進(jìn)入正洞洞身開(kāi)挖,于正洞中線處達(dá)到正洞拱頂高程,施工中預(yù)留變形沉降量和臨時(shí)支護(hù)厚度;然后再逐步擴(kuò)挖至正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面。

2.2 橫洞與正洞三岔口施工方案細(xì)化

橫洞與正洞三岔口處圍巖空間三維受力復(fù)雜,尤其正洞橫向挑頂開(kāi)挖支護(hù)難度相當(dāng)大,工作面小,質(zhì)量安全隱患多,開(kāi)挖支護(hù)不當(dāng),圍巖很容易下沉變形,甚至塌方發(fā)生重大安全質(zhì)量事故。因此必須制定科學(xué)合理的挑頂施工方案,并對(duì)三岔口進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。在橫洞施工至與正洞設(shè)計(jì)二次襯砌最大跨度相交時(shí),在交匯面處設(shè)置橫洞初期支護(hù)加強(qiáng)環(huán)及托梁和立柱支撐,以解決三岔口處正洞初期支護(hù)鋼架落腳問(wèn)題,及時(shí)完成橫洞襯砌,襯砌終點(diǎn)端頭面應(yīng)與正洞該側(cè)縱向開(kāi)挖平行。采用人工風(fēng)鎬配合挖掘機(jī),以4.0m寬的小導(dǎo)坑方式橫向垂直進(jìn)入正洞洞身并進(jìn)行弧面挑頂開(kāi)挖,開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)初噴并施作Ⅰ16型鋼棚架臨時(shí)支頂支護(hù)。施作正洞設(shè)計(jì)初期支護(hù)時(shí),其鋼架拱腳落在托梁上,拱頂處縱向棚架橫梁保留,拆除棚架兩側(cè)立撐。然后沿線路方向向大里程和小里程拱部施作超前支護(hù),沿線路方向向小里程方向上導(dǎo)坑施工三個(gè)循環(huán)(每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺1.6m),每循環(huán)前施作超前支護(hù),直至橫洞與正洞三岔口范圍內(nèi)正洞拱部封閉。接下來(lái)擴(kuò)挖支護(hù)三岔口 8.8m范圍外大小里程正洞上導(dǎo)坑,然后擴(kuò)挖正洞三岔口范圍中導(dǎo)坑土體并將該段右半幅初期支護(hù)接長(zhǎng)至中導(dǎo)坑底部,大小里程上導(dǎo)坑和中導(dǎo)坑繼續(xù)推進(jìn)。當(dāng)兩個(gè)方向上導(dǎo)各進(jìn)尺 10m、中導(dǎo)進(jìn)尺 5m時(shí),進(jìn)行下導(dǎo)鋼架落底初期支護(hù)。當(dāng)兩個(gè)方向進(jìn)尺達(dá) 30m時(shí)及時(shí)施作仰拱填充,從而使正洞三岔口范圍初期支護(hù)封閉成環(huán),具備正常施工的安全條件(見(jiàn)圖1,圖2)。

3 橫洞與正洞三岔口處的施工

3.1 施工步驟、方法及工藝

1)橫洞將挖至正洞采取過(guò)渡方案。因橫洞洞頂比正洞低,考慮到橫洞到正洞隧道中線位置拱頂必須達(dá)到正洞設(shè)計(jì)拱頂,采取距離正洞 15m的位置逐漸加高拱頂?shù)姆桨?因橫洞與正洞正交,橫洞與正洞斷面尺寸較小,考慮到三岔口位置行車轉(zhuǎn)彎所需空間,采取距離正洞 15m的位置逐漸加大橫洞拱部半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎處行車所需的空間。

2)橫洞與正洞三岔口位置加強(qiáng)方案?？紤]正洞開(kāi)挖斷面較大,橫洞和正洞三岔口處初期支護(hù)最后一榀鋼架也要承受來(lái)自正洞拱架及圍巖的荷載,為確保三岔口段正洞施工安全,必須對(duì)其加強(qiáng)來(lái)增大其受力條件,見(jiàn)圖2。

3)為解決交叉口段正洞上導(dǎo)坑拱架落腳位置及牢固性,在橫洞初期支護(hù)加強(qiáng)環(huán)鋼架拱頂上沿正洞方向設(shè)置縱向水平托梁,托梁采用Ⅰ20b型鋼,兩端連接Ⅰ20b型鋼立柱支撐至主洞墻底,為防止基底承載力不夠?qū)е轮ёo(hù)下沉,立柱底部加焊 1.5 cm厚鋼板,鋼墊板下部墊放預(yù)制的混凝土墊塊。托梁上部間距 0.8m焊接25 cm×20 cm×1.5 cm厚鋼板,以解決三岔口段主洞鋼架落腳問(wèn)題。

4)對(duì)托梁及支撐進(jìn)行錨噴防護(hù),錨桿加長(zhǎng),尾部以鎖腳錨桿的方式與托梁、支撐焊接在一起,按設(shè)計(jì)厚度噴射混凝土?xí)r,托梁范圍暫時(shí)不噴射。初期支護(hù)完成后及時(shí)施作橫洞加強(qiáng)段二次襯砌,為交叉口提供有力的支撐。

5)襯砌混凝土施工完 24 h后,脫模移出二襯模板,在橫洞底部回填洞渣修筑一條斜坡道,采用小型挖掘機(jī)以 4m寬的小導(dǎo)坑方式橫向垂直進(jìn)入正洞洞身拱部,并進(jìn)行左半幅弧面開(kāi)挖,人工風(fēng)鎬及作業(yè)臺(tái)架進(jìn)行修邊。進(jìn)入正洞范圍后開(kāi)挖及初期支護(hù)需比正洞拱部相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)高加大,以預(yù)留臨時(shí)支護(hù)厚度及足夠的變形量。

開(kāi)挖完成后采用Ⅰ16型鋼臨時(shí)棚架及時(shí)支護(hù)。當(dāng)正洞拱部左半幅開(kāi)挖面合格后及時(shí)初噴,拆除臨時(shí)棚架兩側(cè)支撐,安裝正洞 4m范圍拱部左半幅Ⅰ16型鋼拱架,該部分拱架比設(shè)計(jì)半徑大,拱頂端與右半幅切向順接,拱腳端擴(kuò)大后與托梁鋼墊板水平焊接,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求安裝鋼筋網(wǎng)片、連接筋、施作系統(tǒng)及鎖腳錨桿,復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。拱頂處縱向棚架橫梁將作為永久支護(hù)。

6)施工流程分以下幾個(gè)階段進(jìn)行：第一階段：橫洞初期支護(hù)加強(qiáng)、托梁及立柱預(yù)埋、橫洞二襯施工、橫洞坡道填筑。第二階段：人工拱部左半幅挑頂開(kāi)挖及支護(hù) 4m,初期支護(hù)拱頂設(shè)臨時(shí)棚架支撐。第三階段：人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行拱部右半幅挑頂開(kāi)挖及支護(hù) 4m,直至和左半幅相應(yīng)段封閉。第四階段：沿線路方向向大小里程施作超前支護(hù),接著沿線路方向向小里程上導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)三個(gè)循環(huán)(每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺1.6m),每循環(huán)前施作超前支護(hù),直至橫洞與正洞三岔口范圍內(nèi)正洞拱部封閉。第五階段：上導(dǎo)坑繼續(xù)向大小里程方向開(kāi)挖支護(hù),擴(kuò)挖正洞三岔口范圍中導(dǎo)坑土體并將右半幅初期支護(hù)接長(zhǎng)至中導(dǎo)坑底部。第六階段：大小里程上導(dǎo)坑和中導(dǎo)坑繼續(xù)推進(jìn),當(dāng)兩個(gè)方向上導(dǎo)各進(jìn)尺 10m、中導(dǎo)進(jìn)尺 5m時(shí),進(jìn)行三岔口范圍下導(dǎo)鋼架落底初期支護(hù)。第七階段：當(dāng)邊墻落底支護(hù)至 30m時(shí),開(kāi)始逐段進(jìn)行仰拱全幅開(kāi)挖,每次不超過(guò)三榀,及時(shí)施作仰拱、填充,從而使正洞三岔口范圍初期支護(hù)封閉成環(huán)。

7)至此,橫洞三岔口段正洞全斷面支護(hù)封閉成環(huán),形成受力結(jié)構(gòu),為下步正洞正常開(kāi)挖施工創(chuàng)造了良好的安全條件。

3.2 施工要點(diǎn)

為保證正洞安全挑頂施工的完成,正洞初期支護(hù)必須坐落于一個(gè)牢固的落腳平臺(tái),同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)該段正洞初期支護(hù)的鎖腳錨桿及系統(tǒng)錨桿施工,防止拱架下沉。

1)橫洞交叉口段施工,應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù),設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)比正常斷面相應(yīng)提高。

2)由于正洞開(kāi)挖面較大,為確保擴(kuò)頂段正洞施工安全,在橫洞與正洞交接處設(shè)置一加強(qiáng)環(huán),加強(qiáng)環(huán)由兩榀Ⅰ20b型鋼鋼架并排焊接在一起組成,根據(jù)施工方案對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位加固,鎖腳錨桿加長(zhǎng)加密錨固。

3)設(shè)置托梁,為正洞拱架提供落腳平臺(tái)。在橫洞初期支護(hù)加強(qiáng)環(huán)鋼架拱頂上沿正洞方向設(shè)置縱向水平托梁,托梁采用Ⅰ20b型鋼,牢固焊接在橫洞加強(qiáng)環(huán)拱頂上,托梁兩端聯(lián)結(jié)Ⅰ20b型鋼立柱支撐至主洞墻底。噴射C 25混凝土覆蓋加強(qiáng)環(huán)、立柱鋼架,托梁范圍先不噴射,待正洞鋼架落腳后一起噴射。及早施作橫洞二次襯砌。

4)正洞擴(kuò)頂開(kāi)挖,依據(jù)圍巖穩(wěn)定狀態(tài)采用Ⅰ16型鋼臨時(shí)棚架支撐頂部,棚架間距 1.0m,棚架間采用 Φ22鋼筋焊接成一體,臨時(shí)棚架橫梁采用25 cm網(wǎng)噴,網(wǎng)格間距為 20 cm×20 cm(臨時(shí)棚架橫梁將作為永久支護(hù)),形成臨時(shí)支護(hù)體系。

4 施工過(guò)程中隧道橫洞拱頂下沉監(jiān)測(cè)

拱頂下沉用精密水準(zhǔn)儀配合銦鋼尺進(jìn)行,精度為 0.05mm。測(cè)點(diǎn)用 Φ22mm的螺紋鋼加工而成,螺紋鋼長(zhǎng)25 cm,將其一頭用磨光機(jī)磨成圓球形,使每次測(cè)量時(shí)銦鋼尺接觸測(cè)點(diǎn)頭部在同一點(diǎn)處。在隧道拱部開(kāi)挖后,及時(shí)打入拱頂巖體,保證測(cè)點(diǎn)距開(kāi)挖面不大于 1.5m。測(cè)點(diǎn)安裝完成后,隨即噴射混凝土封閉巖體表面,做好測(cè)點(diǎn)保護(hù)。提高監(jiān)控量測(cè)頻率,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)成果及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方法和修正支護(hù)參數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

方案的實(shí)施安全、快速的完成了橫洞進(jìn)正洞施工,為隧道提前貫通打下了基礎(chǔ)。

[1] 趙振華,陽(yáng) 杰.古斗隧道出洞施工技術(shù)[J].山西建筑, 2010,36(15)：353-355.