雙洞單線隧道斜井進(jìn)正洞挑頂施工技術(shù)

石 雷

(寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315000)

雙洞單線隧道斜井進(jìn)正洞挑頂施工技術(shù)

石 雷

(寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315000)

結(jié)合燕山隧道2號(hào)斜井與正洞交叉口處的施工實(shí)例，介紹雙車道斜井(橫斷面58.97 m2)進(jìn)雙洞單線隧道的挑頂施工技術(shù)。在充分了解地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，制定了詳細(xì)的超前支護(hù)、監(jiān)控量測(cè)和開挖施工方案。重點(diǎn)闡述進(jìn)正洞的施工方法，對(duì)施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，可供同類工程參考。

隧道 斜井 挑頂 副聯(lián)通道 施工

目前，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)大隧道施工基本采取設(shè)置若干個(gè)斜井，增加工作面的方式施工。燕山隧道2號(hào)斜井承擔(dān)正洞施工任務(wù)量比較大，進(jìn)正洞采用斜井和副聯(lián)雙聯(lián)進(jìn)洞(原設(shè)計(jì)沒有副聯(lián)通道)，使斜井底部?jī)山徊婵谛纬裳h(huán)通道，提高洞內(nèi)運(yùn)輸能力，提高施工效率，縮短工程工期。斜井和副聯(lián)通道與車行橫通道設(shè)計(jì)在同一處，在隧道內(nèi)形成挑高方式的“十”字形式。兩個(gè)交叉地段圍巖受力復(fù)雜，施工技術(shù)難度大，斜井向正洞轉(zhuǎn)換往往是施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 工程概況

燕山隧道位于河北省張家口市境內(nèi)，隧道起迄里程為改DK52+953～改DK74+106(右線改YDK53+960～改YDK74+114)，全隧長(zhǎng)21 153 m(右線長(zhǎng)21 154 m)，為雙洞單線隧道，是張?zhí)畦F路的控制性工程。全隧共設(shè)置7座雙車道斜井，其中2號(hào)斜井設(shè)計(jì)為永久斜井，運(yùn)營(yíng)時(shí)作為通風(fēng)、反坡排水、應(yīng)急救援等通道使用，施工期承擔(dān)正洞左線3 012 m和右線2 988 m的施工任務(wù)。

斜井全長(zhǎng)1850 m，最大坡度9.6%，平均坡度為8.85%，凈空為8.41 m(寬)×6.33 m(高)，與正洞45°斜交，交與右線正洞YDK59+233.81處；并在井身2斜01+34.33處開副聯(lián)通道，全長(zhǎng)47.08 m，與正洞59°斜交，交與右線正洞YDK59+167.88處。斜井井身、主副聯(lián)通道進(jìn)正洞交叉口平面如圖1所示。

圖1 交叉口處平面

1.2 設(shè)計(jì)圍巖情況

斜井與正洞、副聯(lián)與正洞交叉斷范圍內(nèi)設(shè)計(jì)為Ⅳ級(jí)圍巖，巖性為安山巖，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈塊狀—碎塊狀結(jié)構(gòu)。左側(cè)破碎嚴(yán)重，有掉塊，右側(cè)巖體整體性較好。

1.3 設(shè)計(jì)支護(hù)情況

設(shè)計(jì)上，斜井與正洞、副聯(lián)與正洞交叉口斷支護(hù)結(jié)構(gòu)采取加強(qiáng)措施：

①斜井與正洞、副聯(lián)與正洞連接段 30 m 范圍內(nèi)采用雙車道斜井Ⅴ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。

②正洞在其與斜井交叉點(diǎn)段60 m 范圍內(nèi)考慮采用降低一級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。

斜井交叉口段、副聯(lián)交叉口段、正洞交叉口段加強(qiáng)支護(hù)見表1，表2，表3。

表1 斜井交叉口段加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)

表2 副聯(lián)通道交叉口段加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)

表3 正洞交叉口段加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)

2 施工方案

斜井井身開挖至2斜01+34.33處時(shí)，在隧道的左側(cè)開副聯(lián)絡(luò)通道開口5 m處采用上下臺(tái)階法開挖，后37.08 m采用全斷面法開挖。當(dāng)斜井、副聯(lián)兩個(gè)施工面接近右線正洞相交里程時(shí)，逐漸抬高斜井、副聯(lián)拱頂高程，采用棚洞進(jìn)入右線正洞，待斜井、副聯(lián)施工至正洞拱頂后，按正洞頂高程按平坡形式開挖施工至正洞外側(cè)上臺(tái)階拱腳位置；利用棚洞空間在一側(cè)先施做正洞上臺(tái)階初期支護(hù)，待正洞初期支護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除棚洞一側(cè)的臨時(shí)支護(hù)，沿正洞線路按設(shè)計(jì)開挖和支護(hù)參數(shù)施工正洞上臺(tái)階，施工正洞15 m后停止開挖掘進(jìn)，采取噴射混凝土形式封閉工作面；拆除棚洞另一側(cè)臨時(shí)支護(hù)，按照正洞線路另一側(cè)開挖施工15 m，采取噴射混凝土形式封閉工作面，形成正洞作業(yè)空間后，按設(shè)計(jì)擴(kuò)挖臨時(shí)支護(hù)達(dá)到正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面。

在進(jìn)入隧道正洞初期，開挖采取短臺(tái)階法開挖，待右線隧道形成施工面后，橫通道施工按照全斷面法開挖施工，橫通道與左線90°相交，橫通道開挖施工至接近與隧道左線正洞相交里程處，采用斜井進(jìn)右線正洞的施工方法施工，形成左線正洞正常施工作業(yè)面。

3 施工方法

3.1 斜井分口處加固施工

2號(hào)斜井井身施工至2斜01+34.33處時(shí)，在隧道的左側(cè)施工副聯(lián)絡(luò)通道，采取上下臺(tái)階法開挖。01+34.33分口處斷面較大，開挖施工存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。在分口處拱頂130°范圍內(nèi)，沿開挖輪廓線提前施做長(zhǎng)5 m、間距30 cm的超前錨管，開挖支護(hù)形式采取并立5榀Ⅰ16異型拱架加強(qiáng)鋼拱架形式，確保分支斷面交接處圍巖穩(wěn)定。同時(shí)，施工期間加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)頻率，通過(guò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)有效指導(dǎo)施工(見圖2)。

圖2 副聯(lián)分叉口加強(qiáng)平面

3.2 斜井進(jìn)入正洞處加固施工

施工至1斜0+03時(shí)，斜井頂部以30%的坡度開始抬高，拱架相應(yīng)接長(zhǎng)?？紤]2號(hào)斜井與正洞斜交角度45°角，開挖進(jìn)入正洞處的應(yīng)力極為復(fù)雜，施工到2斜00+05時(shí)，開始立4榀異型Ⅰ16a型鋼加強(qiáng)支護(hù)，在斜井與右線隧道相交處立3榀Ⅰ18a型鋼加強(qiáng)支護(hù)(見圖3)。

圖3 正洞、斜井、橫通道拱架

在立好的型鋼鋼架上焊接I18a型鋼橫梁，并在橫梁兩端螺栓連接I18a型鋼立柱，為正洞鋼架提供落腳平臺(tái)(見圖4)。在此處安裝正洞鋼架時(shí)，用I18a型鋼斜梁代替正洞的B單元鋼架，用I18a型鋼立柱代替正洞的C單元、D單元鋼架(見圖5)。仰拱鋼架連接在斜井底板的預(yù)埋I18a型鋼上。

圖4 斜井挑頂進(jìn)正洞側(cè)面

圖5 斜井挑頂進(jìn)正洞立面

3.3 交叉口模筑襯砌

在棚洞爬坡進(jìn)入正洞一段距離后(形成交叉口模筑襯砌空間后)，及時(shí)對(duì)斜井交叉口往斜井口方向20 m范圍內(nèi)施做二次襯砌，厚度0.35 m，交叉口段平行于線路中線，緊貼加強(qiáng)環(huán)關(guān)堵頭模板。二襯達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆模，形成對(duì)交叉口處圍巖三維受力的有效支護(hù)。

3.4 斜井進(jìn)入正洞內(nèi)的棚洞施工

棚洞設(shè)計(jì)凈寬4 m(見圖6)。支護(hù)參數(shù)為：采用I18a型鋼鋼架，鋼架間距0.8 m，鋼拱架之間采用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距1.0 m，采用Φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)度3.0 m，間距1.2 m×1.2 m，梅花形布置；采用4根Φ42鎖腳錨管，長(zhǎng)度為3 m，φ8×φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm；噴射C25混凝土，厚度25 cm。 支護(hù)施工中要嚴(yán)格按施工指南操作，保證施工質(zhì)量。

采用棚洞空間進(jìn)入正洞開挖施工，棚洞斷面和支護(hù)參數(shù)視圍巖情況進(jìn)行調(diào)整，棚洞開挖預(yù)留一定沉落量厚度，待棚洞開挖至正洞邊墻處，在棚洞內(nèi)正洞上臺(tái)階初期支護(hù)的架設(shè)4榀鋼拱架并連接，沿隧道正洞方向，拆除棚架一側(cè)的臨時(shí)支護(hù)，沿正洞方向按正洞Ⅳ級(jí)圍巖開挖方法和支護(hù)參數(shù)施工上部弧形導(dǎo)坑。開挖施工15 m后，噴射混凝土臨時(shí)封閉工作面，暫停該方向開挖施工。然后拆除棚架另一側(cè)的臨時(shí)支護(hù)，按正洞Ⅳ級(jí)圍巖開挖方法和支護(hù)參數(shù)施工上部弧形導(dǎo)坑。沿正洞方向開挖施工15 m后，暫停該方向開挖，并噴射混凝土封閉工作面(如圖7)。

3.5 下臺(tái)階開挖

上臺(tái)階開挖完成后進(jìn)行下臺(tái)階開挖。下臺(tái)階開挖時(shí)，先從棚洞位置開挖到墻腳，及時(shí)落底開挖到隧底，進(jìn)行仰拱支護(hù)，及時(shí)完成仰拱，便于后序施工。然后向一側(cè)方 向開挖仰拱，施做仰拱，確保三角區(qū)初期支護(hù)與仰拱盡早成環(huán)。

3.6 橫通道開挖

右線隧道正式成為施工面后，采用全斷面法開挖橫通道，橫通道與左線90°相交。橫通道剛開口時(shí)圍巖不穩(wěn)定，在右線隧道和橫通道交叉口處立Ⅰ18型鋼拱架，加強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性。

3.7 橫通道進(jìn)正洞

橫通道開挖至接近左線正洞相交里程時(shí)，采用斜井進(jìn)右線的方法，使左線形成施工面。

3.8 副聯(lián)通道進(jìn)正洞

副聯(lián)絡(luò)通道斷面與斜井的斷面一致，因此副聯(lián)絡(luò)通道的進(jìn)正洞的施工方法與斜井進(jìn)正洞的施工方法一致，在此不再具體介紹。

4 監(jiān)控量測(cè)措施

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是隧道施工的重要組成部分，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)，指導(dǎo)施工預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，確保安全，進(jìn)行日常的施工管理。監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及頻率見表4。

圖7 施工工序順序

表4 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及頻率

4.1 量測(cè)點(diǎn)布置

由于設(shè)置主副聯(lián)通道進(jìn)入正洞挑頂，且斜井分口處及主副聯(lián)通道與正洞交口處圍巖不穩(wěn)定，必須要做好斜井分口處及主副聯(lián)通道與正洞交叉口處的監(jiān)控量測(cè)工作?，F(xiàn)場(chǎng)在副聯(lián)通道、主聯(lián)通道以及隧道正洞每5 m埋設(shè)一個(gè)拱頂下沉觀測(cè)點(diǎn)、兩組周邊收斂觀測(cè)點(diǎn)，嚴(yán)格按照量測(cè)頻率進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工(如圖8所示)。

圖8 量測(cè)點(diǎn)布置示意

4.2 量測(cè)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)收斂速度判別

一般地段：收斂速度>5 mm/d時(shí)，圍巖處于急劇變化狀態(tài)，加強(qiáng)初期支護(hù)系統(tǒng)。收斂速度<0.2 mm/d時(shí)，圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。

淺埋地段：加強(qiáng)初期支護(hù)強(qiáng)度和剛度，嚴(yán)格控制過(guò)大變形。

各量測(cè)項(xiàng)目持續(xù)到變形基本穩(wěn)定后2周結(jié)束，軟弱圍巖大變形地段位移長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定時(shí)，延長(zhǎng)量測(cè)時(shí)間。

4.3 洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)布置注意事項(xiàng)

(1)測(cè)點(diǎn)的安設(shè)應(yīng)能保證初讀數(shù)在爆破24 h內(nèi)和下一循環(huán)爆破前完成，并測(cè)取初讀數(shù)。

(2)測(cè)點(diǎn)應(yīng)安設(shè)在距開挖面2 m范圍內(nèi)，且不大于一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺，并應(yīng)細(xì)心保護(hù)，不受下一循環(huán)爆破的破壞。

(3)各項(xiàng)位移的測(cè)點(diǎn)，一般布置在同一斷面內(nèi)，測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一在一起，測(cè)設(shè)結(jié)果應(yīng)能互相印證，協(xié)同分析及應(yīng)用。

5 施工注意事項(xiàng)

5.1 開挖施工注意事項(xiàng)

(1)開挖要做到隨挖隨撐，及時(shí)施做初期支護(hù)，封閉成環(huán)，同時(shí)加強(qiáng)圍巖變形及沉降監(jiān)控量測(cè)工作，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)分析圍巖及初支的穩(wěn)定情況，確保支護(hù)措施安全有效。

(2)斜井與正洞工作面施工時(shí)，安排專人值班，隨時(shí)觀察圍巖及支護(hù)狀態(tài)的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)及時(shí)采取有效應(yīng)急加強(qiáng)措施。

(3)隧道開挖時(shí)不得欠挖和超挖，超、欠挖處必須及時(shí)按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行處理，不得留有虛渣。

5.2 支護(hù)施工注意事項(xiàng)

(1)噴射混凝土應(yīng)在開挖后及時(shí)實(shí)施。

(2)噴射混凝土施工時(shí)應(yīng)按照噴射混凝土作業(yè)指導(dǎo)書要求分段、分片、分層，由下而上順序進(jìn)行施工，確保噴射面平順。

(3)外加劑及水泥的配比嚴(yán)格按試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行。

(4)鋼架架設(shè)在初噴后及時(shí)架設(shè)，鋼架安裝前應(yīng)清除拱腳處的虛渣和雜物，必要時(shí)在拱腳處墊設(shè)預(yù)制混凝土塊或鋼板，確保拱架按設(shè)計(jì)位置架設(shè)和拱腳處的穩(wěn)定。

6 施工效果

燕山隧道2號(hào)斜井采用雙聯(lián)進(jìn)洞的施工方法，使斜井底部?jī)山徊婵谛纬裳h(huán)通道，提高洞內(nèi)運(yùn)輸能力，縮短了工程工期。采用棚洞挑頂施工，在進(jìn)洞期間雖然施工速度較慢，但交叉口處的安全質(zhì)量得到了保證，說(shuō)明采用此方法進(jìn)洞挑頂施工技術(shù)是成功的。

7 結(jié)論

斜井挑頂設(shè)計(jì)到斜井和正洞兩個(gè)構(gòu)造物，挑頂處圍巖受力復(fù)雜。因此，制定挑頂方案時(shí)，一定要以“穩(wěn)”為主，初期支護(hù)寧強(qiáng)勿弱，開挖盡量采用弱爆破或不爆破，在確保安全的前提下再追求進(jìn)度。通過(guò)燕山隧道2號(hào)斜井挑頂施工實(shí)踐，“超前支護(hù)、分步開挖、加強(qiáng)支護(hù)、隨挖隨護(hù)、及時(shí)封閉，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)”的挑頂方案是合理的。

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SHI Lei

2014-08-01

石 雷(1980—)，男，畢業(yè)于西南科技大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)05-0088-05

U455

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