長大隧道輔助橫洞與正洞交叉口段施工技術(shù)

楊維華

摘要：為解決輔助導(dǎo)坑方案進(jìn)入正洞時(shí)交叉段的施工難點(diǎn)，以成昆鐵路峨米段鄧家灣隧道橫洞進(jìn)入正洞交岔口的施工為例，介紹了軟弱圍巖下橫洞進(jìn)入正洞的施工方案，通過采取橫洞加強(qiáng)環(huán)、導(dǎo)洞門架垂直挑頂施工的方法，在加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)等措施下，實(shí)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(jìn)行橫洞到正洞的轉(zhuǎn)換施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： In order to solve the construction difficulties of the intersection when the transverse tunnel enters the main tunnel in auxiliary guide pit scheme， taking the construction of the intersection of the Dengjiawan Tunnel in the Emi section of the Chengdu-Kunming Railway as an example， the construction scheme of transverse tunnel entering main tunnel under the weak surrounding rock is introduced. By strengthening the ring of the transverse tunnel and the vertical ceiling construction of the guide frame of the guide tunnel， it realizes the safe conversion from the transverse tunnel to the main tunnel under the measures such as advance geological forecast and monitoring measurement， prevents tunnel landslide and initial support deformation and provides experience for the construction of the conversion from transverse to main tunnel in weak surrounding rock sections under similar conditions.

關(guān)鍵詞：挑頂施工;交叉口;垂直;鐵路隧道

Key words： ceiling construction;intersection;vertical;railway tunnel

中圖分類號(hào)：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）06-0188-02

0 ?引言

本文以鄧家灣隧道為研究對(duì)象，借鑒以往經(jīng)驗(yàn)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(shí)支護(hù)數(shù)量較小，開挖能夠同時(shí)向兩端進(jìn)行，可以較早進(jìn)行洞內(nèi)模板臺(tái)車拼裝，且不影響主控方向的正常施工，縮短了工期。

1 ?項(xiàng)目簡介

1.1 隧道概況 ?該鐵路隧道位于西南山區(qū)，路設(shè)計(jì)時(shí)速160km/h，隧道為雙線隧道，全長9390m。隧道設(shè)一座長1755m橫洞，橫洞洞身與鄧家灣隧道正洞向成都方向呈91°交角，橫洞設(shè)計(jì)采用雙車道無軌運(yùn)輸方式。

1.2 地質(zhì)及水文情況 ?該隧道橫洞與正洞交界處的巖性為旱震旦系（γ22）花崗巖，巖石為強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖完整性差，掌子面局部較破碎，地下水以基巖裂隙水為主。

2 ?施工技術(shù)及工藝

2.1 施工技術(shù)總述 ?橫洞挑頂施工過程中，導(dǎo)洞的擴(kuò)挖找頂為重難點(diǎn)關(guān)鍵工序，施工過程中要在導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)施工完成并確保穩(wěn)定后再進(jìn)行正洞的找頂開挖，同時(shí)要做好超前支護(hù)及徑向錨桿的施做。

橫洞洞身與正洞邊墻襯砌輪廓邊界交叉口應(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，將橫洞最后一榀拱架作為加強(qiáng)拱架，成為挑頂段正洞拱架的落腳點(diǎn)，交叉口的正洞一側(cè)沒有邊墻，拱頂?shù)膲毫νㄟ^加強(qiáng)拱架傳遞到橫洞洞身。

挑頂采用過渡導(dǎo)坑，導(dǎo)坑逐步從橫洞過渡到正洞上臺(tái)階，施工時(shí)垂直正洞中線沿正洞開挖輪廓線爬坡開挖，于正洞中線處達(dá)到正洞拱頂高程，形成上臺(tái)階操作平臺(tái)，然后上臺(tái)階進(jìn)行初期支護(hù)，然后分別向小里程開挖5m，再向大里程開挖5m后，再由橫洞底板處向正洞開挖，在正洞洞身范圍形成上下臺(tái)階，進(jìn)入正常工序開挖施工。

2.2 總體施工順序 ?橫洞施工至正洞→加強(qiáng)環(huán)施工→正洞挑頂→正洞小里程方向擴(kuò)挖初支（預(yù)留正洞二次襯砌臺(tái)車拼裝場(chǎng)地）→正洞大里程方向施工。

3 ?施工方法

3.1 開挖支護(hù)參數(shù) ?橫洞與正洞交叉口段設(shè)計(jì)為Ⅳ級(jí)圍巖，施工采用臺(tái)階法開挖，設(shè)置工18型鋼鋼架進(jìn)行支護(hù)，每榀間距1m，設(shè)置段落為正洞交叉口DK377+100兩側(cè)25m范圍。

3.2 橫洞加強(qiáng)拱架施做 ?受交叉口影響，正洞正對(duì)橫洞的位置初期支護(hù)較弱，需在橫洞洞口設(shè)置加強(qiáng)環(huán)，作為臨時(shí)門式支撐，以確保正洞初期支護(hù)拱架支立穩(wěn)固。為確保交叉口的安全，該處鋼架改為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？準(zhǔn)42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。加強(qiáng)環(huán)拱架與橫洞拱架間用？準(zhǔn)22的縱向連接筋以環(huán)向1m的間距進(jìn)行焊聯(lián)，保證剛度和強(qiáng)度。

在加強(qiáng)環(huán)拱架上緣沿橫洞中心位置對(duì)稱焊接正洞拱架支撐平臺(tái)，平臺(tái)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(tái)采用螺栓固定。

3.3 正洞挑頂開挖支護(hù) ?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(qiáng)環(huán)相連，右側(cè)按設(shè)計(jì)位置落底，其余范圍內(nèi)的拱架均正常設(shè)置，正洞挑頂采取鉆爆法開挖，每循環(huán)進(jìn)尺1m，及時(shí)施做初期支護(hù)或臨時(shí)支護(hù)，挑頂共分五個(gè)階段：

3.3.1 第一階段 ?在橫洞與正洞開挖輪廓相交位置處，設(shè)置1榀雙拼I18鋼架作為加強(qiáng)環(huán)門架，在其頂部沿中心線對(duì)稱焊接正洞漸變拱架支撐平臺(tái)，平臺(tái)采用16mm厚鋼板和I18工字鋼焊接，橫洞加強(qiáng)環(huán)處拱架結(jié)構(gòu)。漸變拱架與支撐平臺(tái)采用螺栓連接。

橫洞拱架的鎖腳錨桿采用？準(zhǔn)42×3.5mm無縫鋼管，長度3.5m。每處鎖腳位置設(shè)4根鎖腳錨管，與水平線呈45°布置，并充分注漿。

橫洞交叉口加強(qiáng)環(huán)施工完成后，垂直于正洞軸線方向進(jìn)行挑頂施工。采用小導(dǎo)洞沿正洞開挖輪廓線小坡度爬行開挖，形成上臺(tái)階操作平臺(tái)，然后進(jìn)行正洞上臺(tái)階范圍初期支護(hù)。導(dǎo)洞采用寬4m，高約5m的矩形棚洞，沿正洞輪廓線逐步抬高至拱頂，抬高角度約40°，逐步抬高形成臺(tái)階，挑頂開挖正洞上臺(tái)階部分。開挖范圍為DK377+100向進(jìn)出口方向各開挖2m的寬度，施工過程中對(duì)導(dǎo)洞進(jìn)行臨時(shí)初期支護(hù)。

3.3.2 第二階段 ?正洞上臺(tái)階開挖完后，及時(shí)對(duì)上臺(tái)階進(jìn)行支護(hù)，確保橫洞與正洞交界處漸變拱架與加強(qiáng)環(huán)連接穩(wěn)固。同時(shí)正洞拱架與導(dǎo)洞鋼架橫梁焊接連接，使橫梁作為正洞上臺(tái)階拱架的縱向連接筋，將拱架形成一個(gè)整體加勁圈，具體如圖1所示。

導(dǎo)洞范圍內(nèi)的正洞上臺(tái)階鋼架支護(hù)完成，鎖腳錨桿施做完成后，從導(dǎo)洞前端開始，依次拆除導(dǎo)洞臨時(shí)鋼架的豎撐，以便后續(xù)正洞上臺(tái)階向兩側(cè)擴(kuò)挖。

臨時(shí)豎撐拆除時(shí)須自上而下進(jìn)行。拆除時(shí)注意控制一次拆除范圍，每次拆除范圍不超過2m，且導(dǎo)洞兩側(cè)豎撐不得同時(shí)拆除，需依次拆除。待導(dǎo)洞臨時(shí)豎撐拆除完畢后，開挖正洞上臺(tái)階部分，先開挖小里程方向，再開挖大里程方向，開挖時(shí)嚴(yán)禁兩端同時(shí)掘進(jìn)施工。

3.3.3 第三階段 ?正洞上臺(tái)階兩側(cè)10m范圍內(nèi)的開挖支護(hù)完成后封閉掌子面，開始進(jìn)行正洞兩側(cè)5m范圍的下臺(tái)階擴(kuò)挖及支護(hù)，該段支護(hù)采用漸變鋼架支護(hù)，下臺(tái)階支護(hù)完成后如圖2所示。

3.3.4 第四階段 ?正洞交叉口5m范圍內(nèi)洞身支護(hù)完成后，挑頂施工結(jié)束，形成正常作業(yè)面，向兩側(cè)依次掘進(jìn)。

3.3.5 第五階段 ?隨著正洞向大、小里程的掘進(jìn)施工，仰拱及填充利用輕便模板及時(shí)跟進(jìn)，施工時(shí)正洞范圍第一板仰拱施工位于交叉口中心兩側(cè)各6m的范圍。之后先向小里程方向掘進(jìn)，待距離滿足各類臺(tái)架、二襯臺(tái)車拼裝時(shí)，暫停小里程施工，轉(zhuǎn)向大里程側(cè)掘進(jìn)。當(dāng)大里程側(cè)掌子面距交叉口約100m時(shí)，將防水板臺(tái)架、二襯臺(tái)車等部件拉至正洞小里程側(cè)進(jìn)行洞內(nèi)拼裝。

4 ?監(jiān)控量測(cè)措施

在橫洞轉(zhuǎn)入正洞期間繼續(xù)開展監(jiān)控量測(cè)，作為工序管理，通過量測(cè)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(qiáng)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(cè)測(cè)點(diǎn)，每環(huán)邊墻處設(shè)一條測(cè)線，拱頂設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)。在導(dǎo)洞及挑頂成型后的正洞位置，對(duì)每一臺(tái)階設(shè)置一條測(cè)線，拱頂設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，用以檢測(cè)圍巖收斂和拱頂下沉情況。

5 ?超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施

挑頂施工期間，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)，以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，以鉆探為主、物探為輔進(jìn)行綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)。在交接里程HDK0+004.1處分別向正洞大小里程方向、正洞拱頂方向、正洞洞身正對(duì)方向設(shè)置4個(gè)取芯孔，長度按穿過正洞洞身范圍5m控制，鉆孔采用回轉(zhuǎn)取芯鉆，鉆孔并取芯，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。進(jìn)一步探測(cè)挑頂范圍圍巖情況及地下水賦存情況。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(dá)，對(duì)交叉口范圍及正洞大小里程一定范圍的圍巖進(jìn)行探測(cè)。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(dá)到60m，滿足TSP探測(cè)作業(yè)時(shí)，分別對(duì)正洞大、小里程進(jìn)行探測(cè)。

6 ?結(jié)論

隧道由橫洞進(jìn)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(xiǎn)高。在隧道斷面轉(zhuǎn)換施工時(shí)采取小斷面導(dǎo)洞過渡的方法，而且能夠快速形成進(jìn)、出口方向上臺(tái)階正常的施工。通過加強(qiáng)圍巖量測(cè)，交叉口段的沉降量得到了較好的控制，保證了施工安全。施工過程中嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)、早成環(huán)、仰拱緊跟”的原則，合理選擇支護(hù)參數(shù)，以確保優(yōu)質(zhì)高效的完成挑頂。

參考文獻(xiàn)：

[1]李宏晉.無門架導(dǎo)洞法隧道挑頂施工技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2018（2）：82-85.

[2]張海強(qiáng).軟弱圍巖隧道斜井進(jìn)入正洞喇叭口段施工方法[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2016（9）：259.

[3]時(shí)海銘.黃土隧道施工橫導(dǎo)洞進(jìn)入正洞施工方法的選取[J].價(jià)值工程，2019，38（09）：124-126.