長大隧道輔助橫洞與正洞交叉口段施工技術(shù)

劉凱

摘 要：為解決輔助導(dǎo)坑方案進入正洞時交叉段的施工難點，以成昆鐵路峨米段鄧家灣隧道橫洞進入正洞交岔口的施工為例，介紹了軟弱圍巖下橫洞進入正洞的施工方案，通過采取橫洞加強環(huán)、導(dǎo)洞門架垂直挑頂施工的方法，以超前地質(zhì)預(yù)報、監(jiān)控量測等為指導(dǎo)，實現(xiàn)橫洞到正洞的安全轉(zhuǎn)換，預(yù)防了隧道塌方、初支變形，為今后在類似條件下軟弱圍巖地段進行橫洞到正洞的轉(zhuǎn)換施工提供了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：挑頂施工;交叉口;垂直;鐵路隧道

前言

本文以鄧家灣隧道橫洞為研究對象，借鑒以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在軟弱圍巖下通過導(dǎo)洞門架垂直挑頂使正洞開挖斷面一次成型，本施工方法臨時支護數(shù)量較小，開挖能夠同時向兩端進行，可以較早進行洞內(nèi)模板臺車拼裝，且不影響主控方向的正常施工，縮短了工期。

1、工程簡介

成昆鐵路復(fù)線鄧家灣隧道全長9390m，于隧道中部DK377+100處設(shè)一座與正洞向小里程方向呈91°角的橫洞，橫洞自正線左線中心里程處至洞口全長1755m，起訖里程為HDK0+000～HDK1+775，該橫洞自與正洞交接口處至洞口呈坡度為17‰的下坡。

該隧道橫洞與正洞交叉口段為旱震旦系（γ22）花崗巖，施工揭示為掌子面巖性為強風(fēng)化花崗巖，受地質(zhì)構(gòu)造影響，巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，掌子面局部較破碎，有裂隙水流出，受水流影響，施工過程中易掉塊。

2、施工技術(shù)及工藝

2.1 技術(shù)總述

橫洞轉(zhuǎn)入正洞的施工過程中，正洞洞身范圍拱頂開挖支護為重難點工序，當(dāng)橫洞施工至與正洞交界處時，由于交叉口應(yīng)力集中，且正洞開挖斷面較大，為確保挑頂段正洞施工安全，在交叉口設(shè)置加強環(huán)拱架，由2榀工18型鋼架雙拼并置組成。正洞拱頂找頂開挖采用過渡導(dǎo)坑，導(dǎo)坑垂直正洞中線呈上坡角度，自橫洞逐步爬坡開挖至正洞拱頂位置，在正洞上臺階形成施工平臺并支護，然后依次向大、小里程開挖5m并支護，擴大上臺階作業(yè)空間后，再由橫洞交叉口逐步開挖開挖正洞下臺階并支護，在正洞大、小里程分別形成臺階后進入正常的開挖支護工序。待工序正常后，于正洞小里程方向預(yù)留二襯臺車拼裝場地，及時拼裝臺車施工交叉口段的襯砌。

2.2 工藝流程

施工準(zhǔn)備→橫洞開挖支護→橫洞交叉口段襯砌施工→導(dǎo)洞挑頂開挖→正洞上、下臺階擴挖支護→正洞二襯施工。

2.3 具體施工方法

2.3.1開挖支護參數(shù)

橫洞與正洞交叉口段設(shè)計為Ⅳ級圍巖，施工采用臺階法開挖，設(shè)置工18型鋼鋼架進行支護，每榀間距1m，設(shè)置段落為正洞交叉口DK377+100兩側(cè)25m范圍。

2.3.2交叉口加強環(huán)施做

受交叉口影響，正洞正對橫洞的位置初期支護較弱，需在橫洞洞口設(shè)置加強環(huán)，以確保正洞初期支護拱架支立穩(wěn)固。加強環(huán)采用1榀雙拼工18鋼架，設(shè)置在橫洞與正洞交界的HDK0+004.1處。在拱腳處設(shè)置φ42的鎖腳錨管，單根長度3.5m，每處設(shè)4根，每根與水平呈45°打設(shè)并充分注漿。

在加強環(huán)拱架上緣沿橫洞中心位置對稱焊接正洞拱架支撐平臺，平臺采用16mm厚鋼板、工18工字鋼焊接成而成，正洞拱架與支撐平臺采用螺栓固定。

整個挑頂施工過程中的風(fēng)險因素主要來自橫洞加強環(huán)施工質(zhì)量，加強環(huán)拱架的焊接質(zhì)量、安裝質(zhì)量、鎖腳錨管的穩(wěn)固以及加強環(huán)上設(shè)置的正洞拱架支撐平臺與加強環(huán)拱架的焊接質(zhì)量都十分關(guān)鍵?，F(xiàn)場施工時，需嚴格要求，安排專人盯控該段支護的施工，確保質(zhì)量滿足要求。

2.3.3正洞挑頂開挖支護

橫洞與正洞交界處DK377+096～DK377+104范圍的正洞初支拱架左側(cè)與橫洞口加強環(huán)相連，右側(cè)按設(shè)計位置支立，其余范圍內(nèi)的拱架均正常設(shè)置，拱架間距1m/榀。交叉口處正洞拱架結(jié)構(gòu)圖示意如下：

正洞挑頂采取鉆爆法開挖，短進尺、弱爆破，每循環(huán)進尺1m，嚴格按照“一炮一支護”的要求及時施做初期支護或臨時支護。正洞挑頂共分五個階段：

（1）第一階段

挑頂開挖采用導(dǎo)洞由橫洞向正洞垂直爬升開挖出正洞上臺階開挖輪廓，形成上臺階操作平臺。導(dǎo)洞為寬4m、高5m的矩形洞，沿正洞輪廓線逐步抬高至拱頂，抬高角度約40°，開挖形成施工平臺。開挖范圍為DK377+100向正線大小里程方向各2m的范圍。

導(dǎo)洞的臨時支護采用工16型鋼做成矩形棚架，間距1m設(shè)置一環(huán)，采用Φ22鎖腳錨桿，拱架環(huán)向設(shè)置Φ22縱向連接鋼筋，鋼筋環(huán)向間距1m一道，拱部掛設(shè)Φ6鋼筋網(wǎng)片，在每榀拱架頂部設(shè)置3根長3m砂漿錨桿，形成臨時支護體系，在鋼架間設(shè)置15cm厚C25噴射混凝土，棚架高H根據(jù)導(dǎo)洞不同位置進行調(diào)整，保證導(dǎo)洞拱頂開挖高度在正洞開挖輪廓線外20cm，以保證正洞拱架安裝凈空，確保導(dǎo)洞臨時初期支護橫梁位于正洞初期支護鋼架之上，作為正洞上臺階Ⅰ18拱架縱向連接筋使用。

正洞上臺階正洞開挖支護示意圖

（2）第二階段

導(dǎo)洞范圍開挖支護完成后，在導(dǎo)洞棚架內(nèi)側(cè)安裝正洞4m范圍內(nèi)的型鋼拱架，并將拱架左側(cè)與加強環(huán)的支撐平臺連接穩(wěn)固。同時將導(dǎo)洞棚架頂橫梁作為正洞拱架的縱向連接筋，與安裝完成的正洞拱架與焊接連接，使正洞上臺階初期支護形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)洞范圍內(nèi)的正洞拱架施工完成后，利用機械配合人工，從導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)向外側(cè)依次拆除臨時棚架的豎撐，以便后續(xù)正洞施工。

待導(dǎo)洞臨時豎撐拆除完畢后，先開挖小里程方向正洞上臺階范圍，再開挖大里程方向正洞上臺階范圍，向正洞進出口方向分別開挖時，嚴禁兩端同時掘進施工。兩側(cè)上臺階掌子面分別開挖至DK377+090、DK377+110處，并及時施做上臺階初期支護。

橫洞洞身正對范圍采用漸變鋼拱架，每榀拱架均與橫洞交叉口加強環(huán)拱架上設(shè)置的支撐平臺連接穩(wěn)固，其余地段按設(shè)計圖采用標(biāo)準(zhǔn)鋼拱架。

同時將正洞交叉口兩側(cè)10m范圍的縱向連接筋改為工16型鋼以加強該段的支護。

正洞挑頂漸變段上臺階支護措施示意圖

（3）第三階段

正洞交叉口段25m范圍內(nèi)上臺階開挖支護完成后暫停掌子面施工，轉(zhuǎn)入正洞大小里程下臺階的開挖支護施工。

（4）第四階段

下臺階開挖完成后正洞大小里程方向分別形成臺階后，按正常工藝組織施工，并及時開挖仰拱，以便下一步盡快施做交叉口段二襯。

（5）第五階段

在正洞交叉口段仰拱開挖支護完成后，拼裝仰拱棧橋。

利用輕便弧形模板及時施做正洞交叉口第一板DK377+094～DK377+106段仰拱及填充。待填充施做距離滿足各類臺架、二襯臺車拼裝時，暫停該側(cè)掌子面開挖，轉(zhuǎn)向另一側(cè)側(cè)開挖。

2.3.4交叉口處橫洞二襯施工

在正洞挑頂前完成交叉口段橫洞范圍內(nèi)所有的二襯施工，待混凝土達到設(shè)計強度后拆模，形成對交叉口處圍巖受力的有效支護。

由于橫洞口處襯砌受挑頂爆破施工影響較大，于襯砌前端端頭掛設(shè)炮被進行遮擋，炮被可由廢舊橡膠輪胎編織而成。

2.5.4交叉口處正洞二襯施工

當(dāng)二襯臺車在正洞預(yù)留的場地內(nèi)拼裝完成并經(jīng)驗收后，施工DK377+094～DK377+106處第一板二襯。

正洞二襯施工時，在橫洞混凝土與正洞就位的臺車模板間設(shè)置堵頭，封堵縫隙。同時臺車正對橫洞口處3m長、3m高范圍的邊墻模板暫不安裝，混凝土輸送泵設(shè)置于橫洞處，通過預(yù)留孔洞將泵送管連接至臺車上，人員及小型機具通過預(yù)留孔洞進入正洞進行混凝土施工。待二襯混凝土強度達到設(shè)計強度后，從橫洞位置將孔洞處模板拼裝就位后，將臺車移出交叉口。

2.5.5交叉口處排水措施

橫洞作為排水通道，洞身的一側(cè)設(shè)置有排水溝，施工正洞時在仰拱填充內(nèi)設(shè)置鋼筋混凝土圓管將正洞中心水溝內(nèi)流水引入橫洞排水溝;正洞其余散水通過填充面上設(shè)置的臨時流水槽引至橫洞排水溝內(nèi)。

3、監(jiān)控量測措施

在橫洞轉(zhuǎn)入正洞期間繼續(xù)開展監(jiān)控量測，作為工序管理，通過量測數(shù)據(jù)判別圍巖穩(wěn)定性，以保證交叉口段在施工期間的安全。

在橫洞加強環(huán)鋼架處和其大里程側(cè)后2榀鋼處各設(shè)置一環(huán)量測測點，每環(huán)邊墻處設(shè)一條測線，拱頂設(shè)一個測點。

在導(dǎo)洞及挑頂成型后的正洞位置，對每一臺階設(shè)置一條測線，拱頂設(shè)置一個測點，用以檢測圍巖收斂和拱頂下沉情況。

凈空變化、拱頂下沉均采用全站儀按非接觸法進行觀測，施工過程中注意對測點的保護，以確保量測精度和準(zhǔn)確度。

在挑頂施工期間，量測頻率按3次/d進行，時間間隔8小時。挑頂施工完成后，恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)的量測頻率。

4、超前地質(zhì)預(yù)報措施

挑頂施工期間，加強超前地質(zhì)預(yù)報探測，以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，以鉆探為主、物探為輔進行綜合地質(zhì)預(yù)報。

4.1 鉆探

4.1.1橫洞與正洞交叉處加深炮孔

當(dāng)掌子面里程開挖至橫洞與正洞交界處時，施做5孔加深炮孔，外插角按3°控制，5孔分別按拱頂1孔、左右拱腰各1孔，左右拱腳各1孔布置。

4.1.2洞身范圍徑向探孔

同時在橫洞兩側(cè)邊墻上各設(shè)置1處5m長的探孔，進一步探測交叉口范圍的圍巖情況。

4.1.3導(dǎo)洞開挖過程加深炮孔

在導(dǎo)洞開挖過程中，每一開挖循環(huán)均需鉆設(shè)加深炮孔，外插角按3°控制，加深炮孔按3孔施工，分別在拱頂中部開挖輪廓線及左右邊墻中部開挖輪廓線上鉆設(shè)。

4.1.4進入正洞后的加深炮孔

當(dāng)進入正洞臺階法開挖時，加深炮孔按5孔施工，外插角按3°控制，5孔分別按拱頂1孔、左右拱腰各1孔，左右拱腳各1孔布置。

4.2超前鉆孔

超前鉆孔采用回轉(zhuǎn)取芯鉆，鉆孔帶取芯，提高預(yù)報準(zhǔn)確率。在交接里程HDK0+004.1處進行超前鉆孔取芯，分別向正洞大小里程方向、正洞拱頂方向、正洞洞身正對方向設(shè)置4個取芯孔，長度按穿過正洞洞身范圍5m控制，進一步探測挑頂范圍圍巖情況及地下水賦存情況。具體探孔布置如下：

4.2 物探

4.2.1地質(zhì)雷達

在橫洞與正洞交界面處分別面向大小里程各呈45度施做地質(zhì)雷達，對交叉口范圍及正洞大小里程一定范圍的圍巖進行探測。

4.2.2地震反射波法（TSP）

在挑頂施工完成后，當(dāng)正洞大、小里程兩處掌子面間距離達到60m，滿足TSP探測作業(yè)時，分別對正洞大、小里程進行探測。

結(jié)論

隧道由橫洞進入正洞過程中，由于挑頂開挖斷面大，工序轉(zhuǎn)換多，安全風(fēng)險高。在隧道斷面轉(zhuǎn)換施工時采取小斷面導(dǎo)洞過渡的方法，不僅保證了現(xiàn)場施工安全，而且能夠快速形成進、出口方向上臺階正常的施工。施工中應(yīng)加強圍巖量測，并嚴格按照“短進尺、強支護、早封閉、勤量測、早成環(huán)、仰拱緊跟”的原則，合理選擇支護參數(shù)，以確保優(yōu)質(zhì)高效的完成挑頂。

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