針對斜井挑頂進(jìn)正洞技術(shù)目前問題與解決策略分析

趙志遠(yuǎn)

（中交一公局集團(tuán)有限公司，北京100024）

1 引言

隨著隧道工程量的增加與隧道長度的擴(kuò)展，其施工難度也在加大。斜井與正洞交叉處會因?yàn)樗淼罃嗝婢壒十a(chǎn)生受力狀態(tài)的變化[1]，需要通過交叉隧道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工最優(yōu)解的研究。

2 伏牛山隧道斜井進(jìn)正洞項(xiàng)目分析

伏牛山隧道為分離式隧道，左線起訖樁號ZK82+408~ZK91+569，全長9161m（包含出口明洞15m）；右線起訖樁號K82+363~K91+546,全長9183m（包含出口明洞15m）。伏牛山隧道1#斜井長1150m，凈寬8.8m，凈高7.5m。設(shè)排風(fēng)聯(lián)絡(luò)通道2 處，設(shè)送風(fēng)聯(lián)絡(luò)通道1 處，該聯(lián)絡(luò)通道起始點(diǎn)位于1#斜井XJ1K0+076 處，聯(lián)絡(luò)風(fēng)道長度為57.368m。伏牛山隧道2#斜井長926m，凈寬7.5m，凈高6.25m。設(shè)送風(fēng)聯(lián)絡(luò)通道2 處，地下風(fēng)機(jī)房與右洞間聯(lián)絡(luò)風(fēng)道長度為4.73m。伏牛山隧道3#斜井長1030m，凈寬8m，凈高7m。設(shè)排風(fēng)聯(lián)絡(luò)通道2 處，地下風(fēng)機(jī)房與右洞間聯(lián)絡(luò)風(fēng)道長度為4.73m。

伏牛山隧道地下風(fēng)機(jī)房長130m，凈寬10m，凈高13m。2#斜井設(shè)2 處送風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道貫穿地下風(fēng)機(jī)房與主洞左右洞連接，3#斜井設(shè)2 處排風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道貫穿地下風(fēng)機(jī)房與主洞左右洞連接。另外，地下風(fēng)機(jī)房與右幅主洞間設(shè)置1 處運(yùn)輸通道及2 處疏散通道。

3 隧道斜井進(jìn)正洞項(xiàng)目的現(xiàn)狀與存在的問題

3.1 方案一的現(xiàn)狀與存在的問題

在伏牛山隧道斜井進(jìn)正洞項(xiàng)目中，挑頂主要為2 種方案，都存在一定的問題，首先是斜井在施工距離正洞約10m 時(shí)，讓斜井的高度維持正常狀態(tài)，不斷地調(diào)高斜井的拱頂高程，讓斜井與正洞的挖斷最大程度距離為2m，保持正洞的自身支護(hù)需求，并從斷面進(jìn)行施工，施工到正洞自身的最右邊，對于斜井支護(hù)進(jìn)行一定程度的加強(qiáng)，從而保證正洞穿過斜井過程中能夠安全施工。這種方式會存在一定的空隙，即正洞挖掘外輪廓與斜井之間的空隙，這部分由后期進(jìn)行C20 混凝土的填灌。

這種方案擁有一定的優(yōu)點(diǎn)，即正洞的支護(hù)相對固定，挑頂高度相對變化較小，降低了成型需要的成本，其次，在斜井支護(hù)過程中也可以維持到轉(zhuǎn)向施工過程，支護(hù)可以多次工程使用，為后續(xù)工作提供一定的可靠、穩(wěn)定支撐，這種方案能夠擁有較大的機(jī)械工作空間，相對而言更有利于機(jī)械作業(yè)出渣。

這種方案的問題較為明顯，首先，是斜井存在過高的挑頂，這使得正洞周圍的巖土需要較高的壓力，兩側(cè)斷面容易斷裂，需要更高成本的橫向程度的支撐，使得施工過程中的施工量較大。其次，在斜井挑高后，對于周邊巖土的影響較大。正洞外輪廓線與斜井之間的空隙較大，隨后可以通過后期使用混凝土填滿，但是會使得工作量增加，并在很大程度上降低工作的安全程度，正洞需要更多的安全防護(hù)措施。

3.2 方案二的現(xiàn)狀與存在的問題

在此次工程過程中，除了上述進(jìn)洞方式外，根據(jù)地質(zhì)原因，還選擇了另一種斜井進(jìn)正洞挑頂方式。當(dāng)施工過程中，斜井不斷推進(jìn)到正洞的臨界處，使用5.0m（凈寬）×6.0m（最大凈高）的斷面中導(dǎo)洞沿著正洞的法線不斷地進(jìn)行挑頂施工，將其延伸到正洞的最右邊緣處。中導(dǎo)洞的標(biāo)高洞頂高于正洞設(shè)計(jì)的外緣輪廓線26cm，并且保持中導(dǎo)洞洞底的標(biāo)高不變，讓中導(dǎo)洞能夠根據(jù)正洞的輪廓線高度而隨之變化。

這種方案工程中會擁有相對較少的臨時(shí)工程量，在中導(dǎo)洞的開設(shè)過程中斷面較小，能夠以較快速度的進(jìn)行施工作業(yè)，對周邊巖體擾動(dòng)較少，能夠雙向開工，具有更高的安全保障。

但這種方案相對而言斜井高度變化較大且頻繁，使得工程量增加，并且對于測量要求精度較高，需要讓中導(dǎo)洞與正洞輪廓高度一致，這就需要較高精度的測量儀器，另外中導(dǎo)洞的高度變化會使得出渣量產(chǎn)生較大的影響[1]。

4 伏牛山隧道斜井進(jìn)正洞項(xiàng)目存在問題的解決策略

4.1 方案一問題解決策略

對于方案一而言，斜井挑頂相對較高，因此，需要對于兩邊的巖體進(jìn)行加固，需要使用橫向支撐體對巖體的強(qiáng)度進(jìn)行增加。其次，對于巖體的擾動(dòng)問題，需要在斜井進(jìn)入前進(jìn)行巖體的調(diào)查，找到凝固程度相對較高地區(qū)的巖體，斜井進(jìn)入，使用機(jī)械作業(yè)來調(diào)整正洞結(jié)構(gòu)，從而增加斜井進(jìn)正洞的安全系數(shù)。

4.2 方案二問題解決策略

對于方案二而言，主要問題在于中導(dǎo)洞的建設(shè)與施工，所以需要嚴(yán)格測量中導(dǎo)洞的高度，并讓其與正洞能夠高度貼合，在中導(dǎo)洞高度變化過程中要盡量提高中導(dǎo)洞的高度，使得出渣量能夠保持穩(wěn)定。

5 斜井進(jìn)正洞施工過程

5.1 導(dǎo)洞施工

2#、6#排風(fēng)交叉口加強(qiáng)環(huán)施工完成后繼續(xù)向前開挖，開挖至主洞另一側(cè)距邊墻1m 處停止開挖，導(dǎo)洞開挖斷面尺寸同排風(fēng)口斷面尺寸。采用Φ22mm 砂漿錨桿，錨桿間距1.2m×1.2m（環(huán)×縱），長2.5m，成梅花形布置。鋼筋網(wǎng)采用Φ6.5mm 光圓鋼筋，網(wǎng)格間距25cm×25cm，噴射C25 混凝土，厚度22cm。

5.2 正洞內(nèi)爬坡導(dǎo)洞開挖施工

5.2.1 2#排風(fēng)交叉口

導(dǎo)洞施工完成后進(jìn)行正洞內(nèi)爬坡導(dǎo)洞開挖施工，沿正洞中線向小里程方向以8.7m×7.5m（寬×高）斷面爬坡，坡度7.4%，爬坡施工長10m 在里程K84+848.581 處導(dǎo)洞拱頂高程與正洞拱頂高程重合。開挖到導(dǎo)洞頂和正洞頂位于同一高程后，按照線路設(shè)計(jì)坡度繼續(xù)進(jìn)行導(dǎo)坑掘進(jìn)進(jìn)行擴(kuò)挖施工，施工5m 后（K84+843.581）擴(kuò)挖出正洞上臺階斷面。及時(shí)噴混凝土封閉掌子面，正洞正常斷面按設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行正洞支護(hù)。

5.2.2 6#排風(fēng)交叉口

導(dǎo)洞施工完成后進(jìn)行正洞內(nèi)爬坡導(dǎo)洞開挖施工，沿正洞中線向大里程方向以8.7m×7.5m（寬×高）斷面爬坡，坡度7.4%，爬坡施工長10m 在里程K88+753.581 處導(dǎo)洞拱頂高程與正洞拱頂高程重合。開挖到導(dǎo)洞頂和正洞頂位于同一高程后，按照線路設(shè)計(jì)坡度繼續(xù)進(jìn)行導(dǎo)坑掘進(jìn)進(jìn)行擴(kuò)挖施工，施工5m 后（K88+758.581）擴(kuò)挖出正洞上臺階斷面。及時(shí)噴混凝土封閉掌子面，正洞正常斷面按設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行正洞支護(hù)。

5.3 反向擴(kuò)挖施工

反向擴(kuò)挖每循環(huán)開挖不超過2m，采用I16 工字鋼拱架進(jìn)行支撐，縱向間距為1.0m。支護(hù)設(shè)置Φ6.5mm 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25cm×25cm，成梅花形布置。拱頂和邊墻設(shè)置Φ22mm 砂漿錨桿，長度2.5m，間距1.2m×1.0m，每循環(huán)根數(shù)19 根。噴射混凝土采用C25 混凝土，厚度為22cm。

5.4 斜井交叉口正洞擴(kuò)挖施工

當(dāng)開挖至交叉口段時(shí)，由于交叉口段處于三維受力空間，應(yīng)力分布復(fù)雜，安全系數(shù)低，該段每循環(huán)進(jìn)尺不得超過1m。開挖至該處時(shí)，I16 型鋼架開挖線路右側(cè)正常落底，左側(cè)落腳點(diǎn)位于交叉口的“門”型鋼架橫梁上。上部型鋼拱架采用300mm×300mm×15mm A3 鋼板連接。型鋼拱架間距1m 布設(shè)，布設(shè)及時(shí)打設(shè)Φ22mm 鎖腳錨桿，每榀鋼拱架下打設(shè)2 根，該處共設(shè)置8 榀拱架。

5.5 正洞施工

2#排風(fēng)交叉口段正洞施工完成后向大里程（6#為小里程）方向開挖，大里程（6#為小里程）方向開挖按正常施工程序施工，轉(zhuǎn)入正洞正常施工狀態(tài)，正洞開挖向大里程（6#為小里程）方向進(jìn)行，條件具備后盡早完成交叉口段仰拱施工，至此挑頂結(jié)束。