仁麗鐵路新關(guān)坡隧道橫洞挑頂進(jìn)正洞施工技術(shù)

陳旺

【摘 要】文章結(jié)合雙線鐵路隧道大斷面的特點(diǎn)，介紹了仁麗鐵路新關(guān)坡隧道由橫洞安全挑頂進(jìn)入正洞的防護(hù)措施設(shè)計(jì)及施工方法，希望能夠?yàn)轭愃扑淼理?xiàng)目挑頂進(jìn)洞的施工作業(yè)提供參考及指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】雙線鐵路隧道；大斷面；橫洞；挑頂進(jìn)洞；方案設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】U455.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）02-0099-03

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

仁麗鐵路新關(guān)坡隧道施工時(shí)，根據(jù)隧道地質(zhì)地形情況，結(jié)合總工期要求，決定在隧道中部D1K152+510線路左側(cè)增設(shè)一長(zhǎng)度為25 m的橫洞。橫洞按照無(wú)軌雙車道設(shè)計(jì)，橫洞斷面凈空尺寸為7.5 m（寬）×6.2 m（高）。采用Ⅴ級(jí)圍巖模筑襯砌，設(shè)置拱墻I14型鋼鋼架及拱部超前小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)。橫洞與線路平面交角為90°（如圖1所示）。

橫洞進(jìn)正洞處圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，為了確保施工安全，橫洞的襯砌采用了單車道的Ⅴ級(jí)模筑襯砌。在橫洞進(jìn)正洞相交處的正洞前后各20 m范圍內(nèi)（D1K152+490～+530段）初支類型按Ⅴ級(jí)圍巖，為Ⅴa型復(fù)合式襯砌。

1.2 地形地貌

隧址處上覆第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層（Q4del）粉質(zhì)黏土，泥石流堆積層（Q4sef）碎石土，沖洪積層（Q4al+pl）粉質(zhì)黏土、卵石土，坡洪積層（Q4dl+pl）碎石土，坡崩積層（Q4dl+col）碎石土，坡積（Q4dl）粉質(zhì)黏土，坡殘積層（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土、碎石土；下伏基巖為白堊系下統(tǒng)景星組（K1j）石英砂巖夾泥質(zhì)砂巖、侏羅系中統(tǒng)和平鄉(xiāng)組（J2h）頁(yè)巖夾泥巖、砂巖、板巖、泥灰?guī)r，小紅橋組（J2x）泥巖夾砂巖。

橫洞處為構(gòu)造侵蝕、風(fēng)化剝蝕中山區(qū)紅層地貌，自然橫坡為8°～30°，局部較陡，山間自然橫向沖溝發(fā)育。丘坡上覆土層較薄，基巖部分裸露，地表被墾為旱地。

2 橫洞挑頂施工方案

2.1 總體方案

結(jié)合地質(zhì)條件、橫洞結(jié)構(gòu)尺寸等，挑頂方案采取矩形導(dǎo)洞法。

當(dāng)橫洞距交叉口為5 m時(shí)開(kāi)始實(shí)施挑頂進(jìn)洞，采用矩形導(dǎo)洞變截面拱架挑高拱頂法施工，導(dǎo)洞采取兩臺(tái)階法，橫洞的拱頂逐漸抬高，在正洞中線處橫洞抬高段開(kāi)挖標(biāo)高較正洞抬高25 cm。

當(dāng)距交叉口60 cm時(shí)，開(kāi)始設(shè)置橫洞加強(qiáng)環(huán)，按橫洞的設(shè)計(jì)斷面尺寸施作，當(dāng)橫洞上臺(tái)階掘進(jìn)至交叉口處時(shí)，緊貼加強(qiáng)環(huán)處設(shè)置間距為5 m的I18豎向支撐作為第一榀矩形導(dǎo)洞的門(mén)架，門(mén)架施做完畢后，對(duì)導(dǎo)洞范圍外的掌子面進(jìn)行噴混凝土封閉。然后按寬為5 m的矩形導(dǎo)洞挑頂進(jìn)入隧道正洞，矩形導(dǎo)洞門(mén)架的上橫梁按正洞拱頂弧形輪廓線上抬+25 cm的位置設(shè)置并緊貼開(kāi)挖面，橫梁的安裝位置要與正洞拱頂開(kāi)挖輪廓曲線相適應(yīng)，以形成正洞拱部弧形并預(yù)留正洞鋼拱架的安裝空間。故橫梁安設(shè)高程先是按計(jì)算的數(shù)據(jù)逐榀遞增升高，至隧道中線后逐榀降低。

導(dǎo)洞的矩形門(mén)架安裝間距為1 m，當(dāng)矩形門(mén)架安裝完成第5榀后，噴射混凝土封閉導(dǎo)洞的掌子面，將橫洞下臺(tái)階掌子面跟進(jìn)到交叉口，然后把交叉口處的初支鋼架及加強(qiáng)環(huán)鋼支撐接長(zhǎng)落底后，噴射混凝土封閉圍巖，隨后安裝加強(qiáng)環(huán)上的I25a“工”字鋼橫梁，橫梁下設(shè)置間距為80 cm的豎向I25a“工”字鋼支撐于加強(qiáng)環(huán)上，使橫梁與加強(qiáng)環(huán)形成穩(wěn)定的承載整體。

加強(qiáng)環(huán)及上部支撐橫梁施做后，繼續(xù)進(jìn)行導(dǎo)洞的掘進(jìn)，直至隧道右側(cè)洞身掘進(jìn)輪廓線，隨后進(jìn)行正洞初支拱架的安裝，正洞初支拱架與導(dǎo)洞矩形門(mén)架橫梁垂直交叉，正洞拱架右側(cè)拱腳正常地落在隧道基巖上，并于拱腳處加設(shè)鋼墊板，同時(shí)每個(gè)拱腳處設(shè)置4根長(zhǎng)3.0 m的φ42 mm鎖腳錨管。左側(cè)拱架部分節(jié)段需采用異型拱架，端頭支撐于加強(qiáng)門(mén)架上的橫梁上。

待正洞初支施做完畢后，及時(shí)進(jìn)行交叉口處橫洞襯砌澆筑，而后進(jìn)行向正洞大小里程方向的掘進(jìn)施工。

橫洞進(jìn)入正洞挑頂平面如圖1所示，橫洞進(jìn)入正洞立面關(guān)系如圖2所示，交叉口門(mén)架示意如圖3所示。

2.2 挑頂進(jìn)洞施工的工序安排及關(guān)鍵技術(shù)

（1）橫洞段加固。橫洞襯砌采用了雙車道的Ⅴ級(jí)模筑襯砌。橫洞處由距交叉口5 m處開(kāi)始，鋼架由格柵換成全環(huán)采用I18型鋼鋼架，且鋼架距離由原1.0 m調(diào)整為0.6 m，橫洞拱部以22%坡度向上爬升，鋼架按橫洞斷面尺寸安設(shè)。

于交叉口處架立第一榀矩形導(dǎo)洞門(mén)架的豎向支撐，門(mén)架寬度為5 m，門(mén)架中心線與橫洞重合。門(mén)架安設(shè)完成后，對(duì)除矩形導(dǎo)洞外的橫洞掌子面進(jìn)行噴射混凝土封閉。

在挑頂進(jìn)正洞前施作橫洞的襯砌，以確保交叉口結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。但靠近隧道邊墻1 m范圍內(nèi)底板暫不施作。

（2）矩形導(dǎo)洞施作。噴射混凝封閉橫洞掌子面后，開(kāi)始以5 m寬矩形導(dǎo)洞垂直于正洞中心線的方向上挑頂進(jìn)入正洞，按設(shè)計(jì)尺寸及間距施作至第5榀門(mén)架。門(mén)架上的橫梁安裝標(biāo)高按設(shè)計(jì)值及并順應(yīng)正洞拱頂弧形，并預(yù)留30 cm沉降量。

矩形導(dǎo)洞門(mén)架材料為I20a“工”字鋼，每榀間隔為1.0 m，鋼架間連接筋為環(huán)向間距1.0 m的φ22 mm鋼筋，橫梁處掛設(shè)網(wǎng)格間距為20 cm×20 cm的φ8 mm鋼筋網(wǎng)，每榀鋼架底部設(shè)置2根φ42 mm無(wú)縫鋼管鎖腳錨管，錨管長(zhǎng)度為3.5 m。導(dǎo)洞噴射混凝土封閉，因豎撐為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，在后序施工中要拆除，故豎撐與橫梁采用螺栓連接，連接部位噴射混凝土前采用編織袋包裹防護(hù)。

（3）橫洞抬高段下臺(tái)階施工。矩形導(dǎo)洞前5榀門(mén)架施做完成并噴射混凝土后，對(duì)下臺(tái)階實(shí)施開(kāi)挖，隨著下臺(tái)階的掘進(jìn)，加強(qiáng)環(huán)、導(dǎo)洞等鋼架落底，全環(huán)封閉。

（4）剩余矩形導(dǎo)洞施工。進(jìn)行剩余矩形導(dǎo)洞掘進(jìn)，其掘進(jìn)及初期支護(hù)施工工藝及方法與已完工部分相同。

（5）交叉口加強(qiáng)環(huán)施作要點(diǎn)。橫洞與正洞交叉口處因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)力集中，且位于橫洞側(cè)的正洞初期支護(hù)鋼拱架無(wú)法落在圍巖上，需特別設(shè)置支撐點(diǎn)，為了確保安全及圍巖穩(wěn)定，在交叉口處設(shè)置加強(qiáng)環(huán)，加強(qiáng)環(huán)為并排在一起的3榀I25a型鋼鋼架，間距設(shè)為0.3 m。并于每側(cè)中、下部設(shè)置4根4 m長(zhǎng)、φ42 mm的鎖腳錨管進(jìn)行加固，鋼架各單元焊接240 mm×290 mm×14 mm連接鋼板后通過(guò)M27螺栓連接成型；鋼架間環(huán)向連接筋采用φ22 mm鋼筋，環(huán)向間距為1 m，與鋼架滿焊；鋼架兩側(cè)底角設(shè)置縱向貫通的[32a槽鋼；噴混凝土厚度為29 cm。然后施作交叉口處剩余1 m范圍底板混凝土，使加強(qiáng)環(huán)生根。

采用I25a“工”字鋼作為支撐橫梁，橫梁與加強(qiáng)環(huán)間設(shè)置間距為80 cm的I25a“工”字鋼豎向支撐加固。橫梁與豎向支撐之間采取焊接連接鋼板后通過(guò)M27螺栓連接成型。

（6）體系轉(zhuǎn)換施工。當(dāng)交叉口加強(qiáng)環(huán)安裝完成后，在導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行正洞拱架安裝。正洞采用I20a型鋼鋼架，間距為60 cm，在矩形導(dǎo)洞中共安裝鋼架9榀。在靠橫洞一側(cè)正洞鋼架落于橫洞交叉口的橫梁之上，并焊接牢固，另一側(cè)落于基巖上，拱腳用高強(qiáng)度工程塑料鍥緊，加設(shè)2根6 m長(zhǎng)φ76 mm鎖腳錨管，鎖腳錨管與鋼架通過(guò)φ25 mm鋼筋焊接牢靠，確保鋼架腳部穩(wěn)定。矩形導(dǎo)洞9榀鋼架安裝完成后，及時(shí)泵灌C35混凝土封閉并回填超挖部分，完成體系轉(zhuǎn)換。

（7）正洞開(kāi)挖。正洞開(kāi)挖前，做好第一循環(huán)超前支護(hù)，采用φ42 mm鋼花管，壁厚3.5 mm，長(zhǎng)4.0 m，環(huán)向間距為40 cm，施作范圍拱部為120°，采用1∶1水泥漿注漿加固。

橫洞斷面范圍以外的正洞40 m范圍內(nèi)（DK152+470～+550段）采用Ⅴ級(jí)圍巖支護(hù)類型，Ⅴa型復(fù)合式襯砌，支護(hù)參數(shù)如下：鋼架I20a型鋼鋼架，間距1 m，φ22 mm鋼筋作縱向連接筋，環(huán)向間距1 m，拱腳處增設(shè)2根4 m長(zhǎng)、φ42 mm的鎖腳錨管，用φ25 mm鋼筋將鎖腳錨管與鋼架焊接牢固，全環(huán)噴混凝土厚度為23 cm。

正洞開(kāi)挖按弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法進(jìn)行施工，每循環(huán)進(jìn)尺不大于0.6 m，先開(kāi)挖上部再開(kāi)挖兩側(cè)。導(dǎo)洞及導(dǎo)洞內(nèi)正洞上導(dǎo)初期支護(hù)施工完成后，在矩形導(dǎo)洞豎向鋼架噴射混凝土預(yù)留處，采用氧割逐榀拆除大里程方向臨時(shí)支撐，破除噴射混凝土，先向麗江方向掘進(jìn)并支護(hù)10 m后，按原設(shè)計(jì)繼續(xù)向仁和方向掘進(jìn)及支護(hù)30 m，噴5 cm厚C25砼封閉掌子面后，再反方向向麗江方向掘進(jìn)。

正洞開(kāi)挖落底后，立即施作排水設(shè)施和澆筑仰拱及施工仰拱填充，盡快使初支封閉成環(huán)，提高初支穩(wěn)定性，確保隧道結(jié)構(gòu)及初支安全。在與橫洞的交叉口處，要盡早封閉環(huán)，拱架落腳在堅(jiān)固的平臺(tái)上，小心進(jìn)尺。同時(shí)加強(qiáng)圍巖及初支的監(jiān)控量測(cè)，有異常情況出現(xiàn)時(shí)，立即撤離人員和機(jī)械。

（8）交叉口處二次襯砌。麗江方向掘進(jìn)達(dá)到24 m后（兩循環(huán)襯砌24 m），停止掌子面掘進(jìn)，進(jìn)行仁和方向掘進(jìn)。先在麗江方向施作仰拱及澆筑兩循環(huán)正洞襯砌，然后在仁和方向施作仰拱及澆筑兩循環(huán)正洞襯砌，再澆筑交叉口仰拱，組裝棧橋。按正常施工程序進(jìn)行隧道掘進(jìn)。

3 挑井進(jìn)洞關(guān)鍵工序安全措施

（1）施作完成交叉段的橫洞襯砌澆筑后方進(jìn)入正洞的掘進(jìn)施工。

（2）在橫洞挑頂進(jìn)正洞施工轉(zhuǎn)換過(guò)程中，要加強(qiáng)圍巖及支護(hù)的監(jiān)控量測(cè)工程，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)及時(shí)分析圍巖及支護(hù)情況，并據(jù)此調(diào)整施工支護(hù)參數(shù)。

（3）交叉段的加強(qiáng)環(huán)設(shè)置于正洞支期支護(hù)斷面內(nèi)，以確保為正洞提供安全牢固的支撐。

（4）正洞交叉口段掘進(jìn)初支后立即施作相應(yīng)仰拱、襯砌，及早使初支與仰拱封閉成環(huán)，確保隧道施工安全。

（5）施工作業(yè)時(shí)，為了防止大型挖裝等施工機(jī)械碰撞拱架型鋼，防止鋼架損壞，掘進(jìn)施工時(shí)設(shè)專人指揮，并嚴(yán)格限制機(jī)械作業(yè)界限，以避免機(jī)械碰損鋼架。

（6）挑頂進(jìn)洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工時(shí)設(shè)置保持暢通的逃生通道。

（7）拱架立柱均要求支撐于堅(jiān)實(shí)圍巖土之上，如果圍巖軟弱，則在立柱下加設(shè)墊板或是墊梁。

（8）交叉口段橫洞及正洞掘進(jìn)時(shí)，設(shè)專人隨時(shí)對(duì)圍巖及支護(hù)的安全穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行觀察。

（9）正洞仰拱初支鋼架與橫洞加強(qiáng)環(huán)處的仰拱初支鋼架焊接，同時(shí)正仰拱襯砌鋼筋與橫洞的鋪底鋼筋聯(lián)結(jié)，以確保正洞與橫洞的支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)成穩(wěn)固整體，共同承載。

（10）做好應(yīng)急預(yù)案，配備應(yīng)急材料、物資。

4 結(jié)語(yǔ)

挑頂進(jìn)洞施工風(fēng)險(xiǎn)高，施工前應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)挑頂進(jìn)洞施工技術(shù)方案及安全防護(hù)措施。施工中嚴(yán)格堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則。開(kāi)挖自上而下，不得掏底和上下重疊開(kāi)挖。施工過(guò)程中安排專人觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)圍巖有異動(dòng)情況，及時(shí)組織人員撤離。開(kāi)挖人員到達(dá)作業(yè)面，先檢查拱頂和拱腰是否穩(wěn)定，如有松動(dòng)的石、土或裂縫，應(yīng)先予以清除或支護(hù)。

隧道開(kāi)挖后，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)施工，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，關(guān)注圍巖變形情況，使所有不安全因素處于受控狀態(tài)。若圍巖量測(cè)數(shù)據(jù)有突變或噴混凝土表面開(kāi)裂、地表出現(xiàn)裂縫時(shí)，視為危險(xiǎn)警告信號(hào)，立即通知施工人員撤離現(xiàn)場(chǎng)，待加固處理后再進(jìn)行施工，一切以安全生產(chǎn)為重。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]關(guān)寶樹(shù).隧道工程施工要點(diǎn)集[M].第2版.北京：人民交通出版社，2011.

[2]肖廣智.不良、特殊地質(zhì)條件隧道施工技術(shù)及實(shí)例（三）

[M].北京：人民交通出版社，2016.

[3]郭建，毛永強(qiáng).高速鐵路隧道Ⅳ級(jí)圍巖挑頂進(jìn)洞技術(shù)

[J].黑龍江科技信息，2015（20）.

[4]吳新霞.大跨度斷層破碎帶隧道進(jìn)洞施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2015（4）.