達(dá)達(dá)木圖軟巖隧洞支洞進(jìn)主洞技術(shù)方案

喬世軍

（新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 835000）

1 工程概況

達(dá)達(dá)木圖軟巖隧洞工程位于伊寧縣與察布查爾縣交界的伊犁河干流段，隧洞穿越達(dá)達(dá)木圖鄉(xiāng)渠段，洞身均處在砂礫石層內(nèi)，地下水位于洞底以下，洞頂上覆土層及卵石混合土層厚5～18 m，未膠結(jié)的卵石混合土圍巖類別為V類，穩(wěn)定性較差。隧洞（洞身）全長(zhǎng)4795 m,隧洞走向62.53°，為無(wú)壓明流隧洞，隧洞縱坡1/2200，隧洞斷面為馬蹄形，斷面尺寸 6.2 m×6.2 m，Q設(shè)計(jì)=55.5 m3/s，Q加大=62 m3/s。工程主要包括：隧洞進(jìn)口明渠及進(jìn)洞行車道、隧洞進(jìn)口漸變段、隧洞洞身、隧洞出口暗涵、隧洞出口矩形槽及進(jìn)洞行車道、隧洞施工支洞。

2 支洞地質(zhì)條件

上部為風(fēng)積黃土，厚度1.5～2.5 m，其下為沖積卵石混合土層，據(jù)鉆孔揭露，厚度大于30 m。根據(jù)探坑試驗(yàn)資料：大于60 mm占3.25%，60～40 mm 占 5.75%，40～20 mm 占 15.5%，20～5 mm 占36.75%，小于5 mm占38.75%，顆粒級(jí)配連續(xù)，發(fā)現(xiàn)少量砂層透鏡體。干密度 ρd＝1.95～2.05 g/cm3，相對(duì)密度Dr=0.7。洞頂上覆土層及卵石混合土層厚7～14 m，圍巖類別為Ⅴ類，穩(wěn)定性較差。堅(jiān)固系數(shù) fk=0.8，單位抗力系數(shù) K0=100～200 N/cm3，卵石混合土承載力標(biāo)準(zhǔn)值350～400 kPa，摩擦系數(shù)f=0.5，地下水位于洞底以下，對(duì)開(kāi)挖無(wú)影響。

3 隧洞支洞施工

在樁號(hào)52+516 km處設(shè)置一條施工支洞，主洞開(kāi)挖工作面為4個(gè)，單個(gè)工作面控制最大施工長(zhǎng)度約1351 m。施工支洞進(jìn)口明挖段長(zhǎng)190 m，底寬8 m，邊坡1∶1.5，縱坡12%；進(jìn)口平臺(tái)長(zhǎng)10 m，寬10 m，支洞洞身段長(zhǎng)64 m，采用城門洞型，開(kāi)挖斷面7.0 m×6.52 m（寬×高），邊、頂拱襯砌厚度為0.5 m，底板襯砌0.2 m。施工支洞縱坡為12%(相應(yīng)的傾角為7°)，進(jìn)主洞前6 m為平洞。施工支洞開(kāi)挖一次支護(hù)方式主要管棚超前支護(hù)、混凝土噴護(hù)、掛網(wǎng)支護(hù)、格柵拱架強(qiáng)支護(hù)等。

隧洞支洞開(kāi)挖施工流程：施工所需材料準(zhǔn)備→小導(dǎo)洞開(kāi)挖及支護(hù)→主洞洞室開(kāi)挖→主洞洞室支護(hù)。

4 施工方法

4.1 支洞跟主洞交接施工

主洞與支洞交接處6 m是平洞，在距交接面2.5 m時(shí)，采取超前支護(hù)措施，支護(hù)時(shí)采用4 m長(zhǎng)φ25自行式錨桿，在頂拱120°范圍內(nèi)，按間距30cm布置，錨桿安裝完成后，進(jìn)行水泥注漿，以固結(jié)造孔時(shí)擾動(dòng)的圍巖。為確保擴(kuò)頂段主洞施工安全，在支洞與主洞交接處設(shè)置了0.5 m寬的加強(qiáng)環(huán)。加強(qiáng)環(huán)為在支洞鋼架外側(cè)增設(shè)門型鋼架，門型鋼架分節(jié)與支洞鋼架焊接在一起，共計(jì)2榀，每處拱腳增設(shè)4根鎖腳錨桿，鋼架間采用φ25鋼筋進(jìn)行縱向連接，間距30 cm，鋼架接頭連接板處采用螺栓連接。門型鋼架安裝前需在最后兩榀拱架安裝完成后，將拱架上部土方掏挖掉，頂部50 cm寬呈近似平面，以利加強(qiáng)環(huán)施工。見(jiàn)圖1。

圖1 支洞平交口加強(qiáng)段立面圖（單位：mm）

門型鋼架有橫梁和立柱組成，橫梁與支洞鋼架空隙設(shè)置豎向立柱短撐，間距為30 cm，兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置，牢固焊接并密實(shí)噴護(hù)C25混凝土填充。門型鋼筋支撐完成后進(jìn)主洞洞挖采用小導(dǎo)洞開(kāi)挖，邊開(kāi)挖邊支護(hù)，根據(jù)地質(zhì)情況設(shè)龍門架，間距按50 cm一框設(shè)置。

4.2 門型鋼梁安全校核

門型鋼梁承受小導(dǎo)洞拱架傳遞的荷載，校核時(shí)將門型鋼梁上部荷載視為均布荷載，荷載由小導(dǎo)洞洞頂土壓力、小導(dǎo)洞拱架自重、小導(dǎo)洞洞頂噴護(hù)混凝土自重等荷載組成，即：

1）小導(dǎo)洞洞頂土壓力：0.54 kN；

2）小導(dǎo)洞拱架自重：16.4 kN；

3）洞頂噴護(hù)混凝土自重：162 kN；

4）工字鋼梁承受荷載：178.9 kN；

5）兩根工字鋼梁跨中彎距：1257.8 kN·m；

6）單根工字鋼梁跨中彎距：628.9 kN·m；

7）則鋼梁彎曲應(yīng)力：44.6 MPa；

Q235I16工字鋼的許用應(yīng)力值為170 MPa，大于計(jì)算得出的44.6 MPa,故判定鋼梁穩(wěn)定。

4.3 小導(dǎo)洞施工

小導(dǎo)洞尺寸呈近似梯形斷面，上部開(kāi)挖寬2.4 m，下部寬4.2 m，高3.5 m，按主洞輪廓線上坡開(kāi)挖到主洞拱頂中線位置，然后向前平坡開(kāi)挖至主洞另一側(cè)上臺(tái)階拱腳位置處，小導(dǎo)洞鋼架臨時(shí)支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)。

小導(dǎo)洞預(yù)留核心土由人工開(kāi)挖，頂部呈弧面，兩側(cè)邊墻呈斜面，保證上窄下寬，以利于噴護(hù)混凝土?xí)r有足夠的操作空間。在上坡開(kāi)挖過(guò)程中，小導(dǎo)洞拱頂120°范圍內(nèi)進(jìn)行超前支護(hù)，采用4 m長(zhǎng)φ32自行式錨桿植入拱頂圍巖，環(huán)向間距按30 cm寬布置，防止開(kāi)挖導(dǎo)洞時(shí)頂部坍塌。小導(dǎo)洞采用I16工字鋼支護(hù)，間距0.5 m，掛網(wǎng)噴射C25混凝土。施工中，導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)體系中的頂部鋼架橫梁位于主洞初期支護(hù)之外，后期施做主洞一次支護(hù)時(shí)不再取出，所以小導(dǎo)洞拱頂要高出正洞開(kāi)挖設(shè)計(jì)線25 cm，以滿足臨時(shí)支護(hù)需要。小導(dǎo)洞首榀鋼架與支洞加強(qiáng)環(huán)之間設(shè)置縱向斜撐進(jìn)行牢固焊接，保證小導(dǎo)洞支護(hù)穩(wěn)定。見(jiàn)圖2，3。

圖2 小導(dǎo)洞側(cè)面示意圖（單位：cm）

圖3 小導(dǎo)洞立面示意圖（單位：cm）

4.4 正洞施工

小導(dǎo)洞內(nèi)套拱施工完畢后，按設(shè)計(jì)施工主洞一次支護(hù)I16工字鋼拱架，拱架間距50 cm，與套拱鋼架錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。拱架一側(cè)落腳于支洞與主洞相交處加強(qiáng)環(huán)橫梁上，焊接牢固，另一側(cè)底腳按原設(shè)計(jì)支撐在拱腳原狀土部位。小導(dǎo)洞內(nèi)的初期支護(hù)完成3 d后，拆除小導(dǎo)洞一側(cè)的臨時(shí)支護(hù)，人工進(jìn)行主洞開(kāi)挖和支護(hù)5 m范圍，然后采用人工配合挖機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)10 m，封閉該方向掌子面，同樣方法掉頭開(kāi)挖主洞另一側(cè)，待施工空間滿足后，兩側(cè)工作面進(jìn)行平行施工。

軟壓隧洞中的主支洞交叉段是工程施工中的重點(diǎn)難點(diǎn)，因此在施工中不但要演算其荷載壓力，還要有安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有力保障才能使工程順利施工。