杭黃高鐵天目山隧道斜井挑頂施工方案經(jīng)濟比選

萬巖

(中鐵隧道集團一處有限公司)

杭黃高鐵天目山隧道斜井挑頂施工方案經(jīng)濟比選

萬巖

(中鐵隧道集團一處有限公司)

通過對杭黃高鐵天目山隧道斜井進正洞挑頂施工方案的分析，從安全、工期、經(jīng)濟三個方面對方案的優(yōu)化、比選，最終確定了一個較為經(jīng)濟的施工方案，為相似工程積累了經(jīng)驗。

隧道斜井;挑頂開挖;優(yōu)化設(shè)計

隨著國家鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃的確定，中國鐵路的發(fā)展，已逐步由“普通列車”走向“高鐵時代”。而隧道工程則是鐵路土建工程的重點，近些年來頻繁出現(xiàn)長大隧道成為制約高鐵修建工期的關(guān)鍵因素。為保證工期多采用橫洞、斜井、平行導(dǎo)坑等輔助導(dǎo)坑來增加作業(yè)面以實現(xiàn)長隧短打。而斜井與正洞交叉口處挑頂施工方案已日趨成熟，如何能夠經(jīng)濟、安全、快速度完成挑頂施工成為目前研究的關(guān)鍵。

1 工程概況

新建杭黃鐵路天目山隧道為雙線鐵路隧道設(shè)計時速250 km/h，全長12 013 m，為全線重要控制性工程之一。隧道設(shè)置斜井3座橫洞1座。聞家斜井為天目山隧道2#斜井位于線路前進方向左側(cè)，與線路相交于DK206+400里程處，與線路小里程方向夾角為37°48'52″，斜井綜合坡度為9.14%采用無軌運輸，斜井全長1 595 m。斜井井底與正洞交叉口處埋深約310 m，交叉處均為Ⅲ級圍巖，巖質(zhì)為硅質(zhì)泥巖。

隧道正洞與斜井交叉口處圍巖空間三維受力復(fù)雜，為保證施工安全，交叉口DK206+390～DK206+410段支護參數(shù)采取降一級支護級別進行加強支護。正洞采用Ⅲc復(fù)合式襯砌支護。支護參數(shù)為130格柵鋼架，間距1.2 m;B25中空注漿錨桿，長3.0 m，間距環(huán)1.2×縱1.5 m，梅花型布置; A6鋼筋網(wǎng)片，拱部設(shè)置網(wǎng)格間距25 cm×25 cm;C25噴射混凝土，厚度20 cm。

斜井采用無軌雙車道Ⅳ級圍巖復(fù)合式襯砌支護。支護參數(shù)為:130格柵鋼架，間距1.0 m;B22砂漿錨桿，長3.0 m，間距環(huán)1.2×縱1.2 m，梅花型布置;A6鋼筋網(wǎng)片，拱部設(shè)置網(wǎng)格間距20 cm×20 cm;C25噴射混凝土，厚度20 cm。

2.1 方案比選

(1)方案一

在斜井施工至與正洞設(shè)計二次襯砌最大跨度相交時，在交匯面處設(shè)置I18型鋼門架為正洞鋼架提供落腳平臺。垂直于正洞中線施作導(dǎo)坑，導(dǎo)坑斷面同斜井?dāng)嗝嫦嗤瑢?dǎo)坑垂直于正洞中線開挖至正洞洞身右側(cè)邊墻，開挖過程中每循環(huán)及時施作臨時支護。導(dǎo)坑開挖結(jié)束后轉(zhuǎn)向正洞大里程方向進行開挖，開挖過程中逐步上挑擴挖形成標(biāo)準(zhǔn)正洞斷面，并施做正洞初期支護。待正洞施工一段距離后，轉(zhuǎn)回處理交叉口處拱頂欠挖并開挖小里程方向開挖。見附圖1:聞家斜井與天目山隧道正洞交叉段施工結(jié)構(gòu)圖。

(2)方案二

在距斜井井底10 m處開始設(shè)置漸變段以漸變逐步抬高斜井拱頂標(biāo)高(起拱線標(biāo)高相應(yīng)抬高)，當(dāng)斜井開挖至正洞中線位置時，斜井拱頂標(biāo)高恰好為天目山隧道正洞拱頂標(biāo)高，及時施做初期支護。然后繼續(xù)垂直隧道中線開挖，開挖成正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面后，及時施做初期支護。然后沿中線方向向大里程開挖，大里程開挖50 m后，開始大小里程同時掘進。

2.2 方案優(yōu)化比選

(1)安全方面

①方案一

在導(dǎo)坑擴挖到正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面前工序較為復(fù)雜，爆破頻繁對圍巖擾動較大，且正洞初期支護無法及時封閉，存在較大安全隱患。

②方案二

直接擴挖至正洞標(biāo)高可及時進行初期支護，初期支護及時封閉成環(huán)安全可控。

(2)經(jīng)濟方面

①方案一

導(dǎo)洞開挖過程中需多次進行臨時支護且需處理拱頂欠挖，材料費、人工費消耗較大，挑頂費用較高。

②方案二

正洞直接擴挖至標(biāo)準(zhǔn)斷面較為方便，工序簡單快速，臨時支護工程量較小，無需進行后期處理較為經(jīng)濟。

(3)工期方面

①方案一

導(dǎo)洞開挖完成后進行拱部擴挖工序較為繁雜，多次進行臨時支護影響進度，導(dǎo)洞斷面較小無法進行大型機械配套化施工進度影響較大，挑頂工期較長。

②方案二

直接擴挖至正洞拱頂標(biāo)高工序較為簡單，臨時支護工程量較小，開挖斷面較大方便機械施工，施工進度較快。

通過安全、經(jīng)濟、進度三個方面比較選擇方案二進行施工。

3 施工方案

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報

斜井開挖至底部前施做超前地質(zhì)預(yù)報，采用彈性波反射法(TSP203)預(yù)測200 m，探明斜井及正洞交叉口段的水文地質(zhì)情況，并結(jié)合設(shè)計圍巖情況提前做好應(yīng)對措施。

3.2 斜井挑頂進入正洞

在斜井井底X2DK0+015～X2DK0+005段設(shè)置漸變段(支護參數(shù)進行相應(yīng)增強，架立異型拱架)，開挖至X2DK0+ 015時將拱頂線逐步上挑，上挑坡度為10.8%。開挖至X2DK0+005時達到正洞開挖輪廓線，繼續(xù)垂直于正洞線路方向開挖。開挖至X2DK0+000時達到正洞中線位置同時斜井拱頂標(biāo)高與正洞拱頂標(biāo)高達到一致。

3.3 交叉口處支護

斜井與正洞交叉口處受力較為復(fù)雜必須加強支護，井底為Ⅲ級圍巖采用Ⅳ級支護參數(shù)，于過渡段架立異型130格柵鋼架，間距1.0 m。由于斜井與正洞夾角為38°，在漸變段安裝異形拱架逐步過渡，最終由最后一榀鋼架(異型拱架)偏立法架立調(diào)整到與正洞縱向平行。在斜井施工至與正洞設(shè)計二次襯砌最大跨度相交時，在交匯面處設(shè)置I18異型鋼架立柱，在此型鋼鋼架上焊接I18型鋼橫梁，并在橫梁兩端螺栓連接I18型鋼立柱，為正洞鋼架提供落腳平臺。于I18異型鋼架立柱施作長4.0 m，φ50鎖腳錨管及長3.5 m，φ22錨桿(間距1.0 m)，并與橫梁、立柱焊接在一起，按設(shè)計厚度噴射混凝土。

3.4 正洞擴挖至標(biāo)準(zhǔn)斷面

斜井開挖至X2DK0+005后，開始正洞段挑頂施工，每循環(huán)進尺2.0 m，及時進行錨噴支護。開挖至X2DK0+000時達到正洞中線位置，繼續(xù)擴挖直至形成正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面。開挖完成后及時施做交叉口正洞段初期支護架立130格柵鋼架間距1.2 m。沿線路方向左側(cè)拱腳立于I18型鋼橫梁上并焊接牢固打設(shè)鎖腳錨管。拱腳架立完成后及時噴射C25混凝土封閉成環(huán)保證施工安全。

3.5 正洞臺階法施工

交叉口處正洞初期支護封閉成環(huán)后立即轉(zhuǎn)向正洞大里程方向開始臺階法施工，當(dāng)上臺階掌子面開挖一定距離后，進行下臺階開挖，保證臺階長度。待大里程方向開挖支護施工50 m時開始施工杭州方向。同時全幅施工正洞仰拱，仰拱開挖后要保證車輛通行條件，采用移動式棧橋通過，以不影響掌子面施工。

3.6 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是是觀測圍巖變形最為直觀的一種手段，為確保施工安全及時進行量測十分必要。在交叉口初期支護完成后及時布設(shè)量測點。觀測拱頂下沉及周邊收斂以確保安全施工。

3.7 人員、機械、材料配備

4 總結(jié)

按照此方案施工現(xiàn)場已順利安全的完成挑頂施工，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)表明，拱頂累計最近沉降量15 mm，周邊累計最大收斂10 mm，表明初期支護及時封閉成環(huán)有效的控制了圍巖變形，現(xiàn)場施工安全可靠。

序號 工種 人數(shù)(人)備注1開挖工10 2支護班 10 3噴漿工 3 4電焊工 1 5炮工 1 6領(lǐng)工員1

序號 材料名稱 規(guī)格型號 數(shù)量1鋼筋 φ8 32 mm 6.3 t 0.15 t 2鋼筋 φ14 2.67 t 3鋼筋 Φ22 18.43 t 4角鋼 125×80×10 1.18 5鋼板 16 mm 0.25 6無縫鋼管 φ50×3.5 7.64 7工字鋼 I18 0.58 t 8中空錨桿 φ25 2 415 m 9水泥 P.42.5 654.1 t

據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)場僅用15 d即挑頂段施工，進度大大提高有效的縮短了工期。

綜上所述，此方案即能保證隧道安全施工又能有效縮短挑頂工期加快施工進度。

［1］ 朱永全，宋玉香.隧道工程［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］ 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［3］ 歐陽院平.高速鐵路大斷面黃土隧道施工數(shù)值模擬［D］.成都:西南交通大學(xué)，2006.

［4］ 楊延勇.軟弱圍巖隧道斜井轉(zhuǎn)正洞設(shè)計與施工技術(shù)［J］－鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013，(1).

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