新黃土隧道橫洞進正洞正交挑頂施工技術(shù)

沙強國

(中鐵十一局集團第四工程有限公司,湖北武漢 430074)

傳統(tǒng)的橫洞進正洞挑頂施工是通過小導(dǎo)洞采用圓曲線進入正洞的方式,待到達正洞中線時再擴挖斷面至正洞設(shè)計輪廓線。這種施工方法較為繁瑣,工期長并且需要拆除的臨時支護較多。新黃土隧道土質(zhì)松散、自穩(wěn)定極差,應(yīng)在開挖后快速支護,盡量少擾動,防止變形過大引發(fā)坍塌。在朔(州)準(zhǔn)(格爾)鐵路臥龍山隧道進口挑頂施工時,將挑頂施工方法做了改進,采用垂直于線路中線的方向直接將正洞拱部輪廓線開挖出來,及時支護后再進行正洞開挖支護施工。

1 工程概況

新建鐵路朔州至準(zhǔn)格爾線臥龍山隧道為單線隧道,起訖里程改DK116+828.16～改DK128+772.55,隧道正洞全長11 944.39 m,隧道最大埋深187.5 m。臥龍山隧道設(shè)3座斜井及一座橫洞，隧道進口位于209國道右側(cè)的溝壑內(nèi),施工場地狹窄,于線位前進方向右側(cè)改DK116+900處設(shè)置橫洞,便于隧道進口端施工。橫洞與線路小里程方向夾角為45°,橫洞坡度-3%,水平長53 m,橫洞與隧道采用斜交單聯(lián)式,無軌運輸單車道襯砌斷面。隧道進口工程地質(zhì)情況為：新黃土、粉質(zhì)黏土,淺黃色,呈松散狀結(jié)構(gòu),圍巖穩(wěn)定性極差。

2 施工方法

橫洞與正洞相交喇叭口段是結(jié)構(gòu)交點,處于三向應(yīng)力狀態(tài),圍巖應(yīng)力集中，開挖后初期支護變形較大,施工中除按新奧法原理充分發(fā)揮圍巖自身承載力外,還要通過增加各種輔助支護措施,加強初期支護,與圍巖共同組成承載拱,保證結(jié)構(gòu)的安全。

2.1 開挖方向轉(zhuǎn)變

在橫0+015處開始以1.0 m的間距安裝異型鋼架,完成由垂直于橫洞中線到平行于正洞中線的過渡,橫洞進正洞平面示意見圖1。

橫洞與正洞交叉口處的拱架不僅是橫洞本身的加強支護手段,同時也承受該區(qū)域正洞拱部鋼架傳遞的荷載,受力非常復(fù)雜,對交叉口段采取設(shè)置三榀I20a型鋼拱架的加強措施,拱架并排焊接在一起,保證相交地段三維受力狀態(tài)圍巖的穩(wěn)定。在交叉口拱架上焊接正洞拱架落腳點,為正洞拱架提供落腳平臺,以改善交叉口部位鋼架的受力條件,橫梁兩端通過I25工字鋼立柱置于底板上,橫梁與交叉口部位鋼架之間采用型鋼焊接；交叉口底板施工時拱腳需加I16工字鋼橫撐,并預(yù)埋正洞仰拱鋼架連接點。為保證交叉口底板與仰拱穩(wěn)定受力,該段底板在設(shè)計基礎(chǔ)上加厚20 cm,鋼架長度也相應(yīng)增加。開挖前做好超前小導(dǎo)管預(yù)支護措施,開挖支護過程中需注意每次進尺不超過1榀拱架間距,開挖后及時架立型鋼拱架并噴射混凝土。交叉口橫斷面見圖2。

圖1 橫洞進正洞平面示意(單位：cm)

圖2 交叉口橫斷面(單位：cm)

2.2 橫洞進入正洞內(nèi)的導(dǎo)洞施工

為保證施工安全及操作方便,導(dǎo)洞寬度控制在3 m以內(nèi),高度為1.8～2.0 m。導(dǎo)洞橫斷面見圖3。導(dǎo)洞在距交叉口掌子面初支拱頂2 m的高度進洞,以56%的坡度爬到正洞中線后,再以20.8%的坡度下到正洞上臺階的邊墻。導(dǎo)洞縱斷面及臨時支護措施見圖4、圖5。

圖3 導(dǎo)洞橫斷面(單位：cm)

圖4 導(dǎo)洞縱斷面(單位：cm)

導(dǎo)洞開挖前施做φ42、壁厚3.5 mm的超前小導(dǎo)管進行預(yù)支護,小導(dǎo)管角度為37°,每排長度3 m,相鄰兩排小導(dǎo)管水平搭接長度不小于1.0 m,小導(dǎo)管間距20 cm,每導(dǎo)洞每循環(huán)進尺不得大于50 cm。由于黃土松散,應(yīng)采用人工開挖,減少對圍巖的擾動,開挖后及時支護。導(dǎo)洞臨時支撐柱與頂部橫梁必須牢固焊接在一起,臨時支撐柱間距40 cm,臨時支撐柱落底采用預(yù)制混凝土塊墊腳,確保穩(wěn)定,減少下沉。為保證正洞拱頂輪廓限界,開挖預(yù)留20 cm變形量。

完成導(dǎo)洞施工后,及時安裝正洞拱部拱架,完成“導(dǎo)洞臨時支撐→正洞拱架支撐”的支護體系轉(zhuǎn)變。正洞拱架間距75 cm,左側(cè)拱腳落到導(dǎo)洞前端墻腳,及時施做鎖腳錨管固定,使用預(yù)制混凝土塊墊腳,確保落腳堅實；右側(cè)拱腳落到交叉口頂部橫梁上,注意拱腳必須與橫梁牢固焊接。根據(jù)交叉口斷面形狀,右側(cè)落腳與橫梁連接部分需使用2 m直鋼架替代拱架,拱架加工時按照技術(shù)交底措施進行,在工字鋼腹板接頭部分采用雙面幫焊加強措施。

按照線路設(shè)計坡度向大里程方向開挖,按照弧形導(dǎo)洞拱頂輪廓繼續(xù)進行正洞上臺階掘進,每次進尺75 cm,及時安裝正洞拱部拱架。進行正洞施工時對有影響的導(dǎo)洞臨時支撐進行拆除。采用人工風(fēng)鎬鑿除混凝土,嚴(yán)禁爆破拆除,以減少對圍巖的擾動。施工超過交叉口橫洞邊墻后,噴混凝土封閉大里程方向工作面。

返回導(dǎo)洞位置開挖正洞中臺階及下臺階。

2.3 正洞開挖支護施工

正洞開挖按照三臺階預(yù)留核心土法開挖,臺階長度3～5 m,每次進尺1榀拱架長度,注意仰拱緊跟,及時封閉成環(huán),形成整體支護結(jié)構(gòu)受力,確保施工安全和質(zhì)量。注意每節(jié)拱架拱腳打設(shè)4根鎖腳錨管,長度3.5 m,與拱架焊接在一起(見圖6)。

圖6 正洞開挖示意(單位：cm)

3 施工注意事項

①拱架安裝時必須嚴(yán)格遵守設(shè)計和規(guī)范要求,保證拱架垂直度和連接板連接質(zhì)量,連接鋼筋、鋼筋網(wǎng)片要與拱架有效焊接成一個整體。

②噴射混凝土厚度和強度必須嚴(yán)格保證,對于局部超挖較大的地方,采用掛設(shè)多層網(wǎng)片、多次噴射的方式施工,保證拱架后面無脫空現(xiàn)象。

③交叉口圍巖在應(yīng)力重分布和應(yīng)力釋放的過程中,會引起支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移、變形甚至破壞,在施工中要建立嚴(yán)密的監(jiān)控量測制度來保證安全,根據(jù)量測結(jié)果適時調(diào)整支護參數(shù)。洞內(nèi)布設(shè)拱頂下沉、凈空收斂量測點,洞外山頂布設(shè)地表下沉量測點,按照規(guī)范要求的監(jiān)測頻率進行監(jiān)控量測。

④拱架落底后要及時安排仰拱施工,仰拱一次施工長度不得超過3榀拱架間距。

⑤交叉口作為施工通道放置時間較長,為確保安全,在挑頂完成后盡快進行交叉口二襯施工。

4 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況來看,正交挑頂施工方法在中小斷面隧道挑頂施工技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、安全有保障,避免了施做和拆除大量的臨時支護,既節(jié)約了材料又縮短了工期。僅臥龍山隧道進口橫洞挑頂,與傳統(tǒng)挑頂方式比較,可提前約半個月的工期,節(jié)約工字鋼、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)片等材料十余萬元。

[1]TB10204—2002 鐵路隧道施工規(guī)范[S]

[2]GB/T50265—97 鐵路工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)[S]

[3]TZ 204—2008 鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S]

[4]楊文淵.路橋施工常用數(shù)據(jù)手冊：第二版[M].北京：人民交通出版社,2001