魏家峁隧道斜井挑頂進(jìn)洞技術(shù)探索

毛雪冬

摘要：斜井等輔助坑道采取挑頂進(jìn)洞的施工工藝應(yīng)用廣泛，但挑頂進(jìn)洞施工的難度較大，造成塌方和突水等安全事故的風(fēng)險極高。在魏家峁隧道斜井挑頂進(jìn)正洞施工時，由于采用的工藝得當(dāng)，防護(hù)措施科學(xué)可行，安全順利地完成了施工。為類似斜井進(jìn)正洞施工提供了參考價值。

Abstract： The construction technology of roof jacking tunnels for auxiliary tunnels such as inclined shafts is widely used， but the construction of roof jacking tunnels is difficult， causing a high risk of safety accidents such as landslides and water inrush. When the inclined shaft of the Weijiamao Tunnel was jacked into the main tunnel， the protection measures were scientifically feasible due to the proper technology used， and the construction was completed safely and smoothly. It provides a reference value for the construction of similar inclined shafts into the main hole.

關(guān)鍵詞：隧道;輔助坑道;挑頂進(jìn)洞;圍巖防護(hù)

Key words： tunnel;auxiliary tunnel;roof jacking;surrounding rock protection

中圖分類號：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）08-0163-04

0 ?引言

斜井作為長大隧道施工時增設(shè)工作面的輔助坑道，通常以一定的斜角與正洞相交后進(jìn)入正洞，斜交處大角度側(cè)的圍巖形成“扇形體”。因開挖邊緣線不規(guī)整，不僅施工難度大，且導(dǎo)致此處圍巖區(qū)的應(yīng)力分布復(fù)雜，造成塌方和突水等地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險極高，故采取何種施工工藝及如何進(jìn)行交叉口處的圍巖加固是斜井進(jìn)正洞的技術(shù)難點(diǎn)。特別是小尺寸斜井進(jìn)正洞的部分完成施工后，安設(shè)正洞鋼拱架時需切割部分斜井的鋼拱架，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力形式產(chǎn)生變化，此時如何避免交叉口初支出現(xiàn)變形也是一大技術(shù)難點(diǎn)。

1 ?工程簡介

新建內(nèi)蒙古青春塔煤礦鐵路專用線ZH-4標(biāo)段的魏家峁隧道位于罐子溝～沙咀子區(qū)間，隧道全長4138m，最大埋深約122m。設(shè)計為13.3‰的單面上坡。隧道進(jìn)口端里程D2K18+354，出口里程端D2K22+492。本隧設(shè)置2座無軌單車道斜井;1號斜井設(shè)置于D2K19+200線路右側(cè)，與線路馬柵端平面交角為60°，斜井坡度10‰，井身平長206m。2號斜井設(shè)置于D2K20+800線路右側(cè)，與線路馬柵端平面交角為45°，斜井坡度10‰，井身平長433m，1號、2號斜井?dāng)嗝娉叽缇鶠?.0m（寬）×6.0m（高）。1號、2號斜井與隧道正洞交側(cè)叉處圍巖均為Ⅳ級。

魏家峁隧道全隧道洞身圍巖破碎，節(jié)理發(fā)育，地質(zhì)情況復(fù)雜，斜井與正洞斜交的大角度側(cè)扇形區(qū)的圍巖應(yīng)力分布復(fù)雜，施工時極易出現(xiàn)塌方等現(xiàn)象，且此處洞體斷面小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以采用大型機(jī)械組織施工，更是增加了施工難度，提高了安全風(fēng)險。

2 ?施工方案

1號斜井與正洞小里程夾角為60°，2號斜井與正洞小里程夾角為45°，為保證斜井進(jìn)正洞時斜井初支鋼架與正洞線路方向平行（便于正洞初支鋼架落腳），故提前對斜井初支鋼架架立方向進(jìn)行調(diào)整，最后一榀鋼架采用工字鋼雙拼并在上方設(shè)置橫梁，交叉口范圍內(nèi)的正洞初支鋼架均架立在橫梁上。

斜井開挖至正洞外輪廓線交叉處后停止掘進(jìn)，封閉掌子面。待斜井下臺階及底板施工完成后，再采用“門字形”導(dǎo)坑進(jìn)入正洞上臺階開挖，導(dǎo)坑采用門字形鋼架進(jìn)行防護(hù)，施工導(dǎo)洞時需預(yù)留正洞初支厚度和預(yù)留變形沉降量。

導(dǎo)坑開挖完成后進(jìn)行正洞初支。完成正洞初支后，先向小里程側(cè)按照臺階法施工正洞30m，洞內(nèi)拼裝仰拱棧橋完成該段的仰拱及填充，隨后向大里程側(cè)按照臺階法施工，利用小里程側(cè)的仰拱棧橋施工仰拱及填充。

同時利用小里程已施工完成仰拱及填充段拼裝大里程側(cè)的二襯臺車，隨后大里程側(cè)采用臺階法按照設(shè)計支護(hù)參數(shù)進(jìn)行正常施工，隨即進(jìn)行小里程側(cè)仰拱棧橋及二襯臺車拼裝。

3 ?施工方法

3.1 隧道1號斜井進(jìn)入正洞前的施工

根據(jù)斜井與正洞相交角度，1號斜井開挖至X1DK0+030處時，開始安裝I16異型鋼架，異型鋼架需按扇形布置，左側(cè)間距118cm，右側(cè)間距92cm，共架立19榀鋼架，第19榀異型鋼架架立方向與正洞線路方向平行;對進(jìn)入正洞前5m范圍內(nèi)斜井初支進(jìn)行加強(qiáng)，鋼架間距0.5m，均平行于正洞線路方向設(shè)置，進(jìn)入正洞前5m范圍內(nèi)鋼架鎖腳均采用L=3.5m，？準(zhǔn)42錨管，每處4根，其余支護(hù)參數(shù)均按照雙車道Ⅳ級模筑施工。斜井開挖至于正洞外輪廓線交叉處后停止掘進(jìn)，封閉掌子面。隨后進(jìn)行斜井下臺階及底板施工。待斜井支護(hù)完成后方能進(jìn)入正洞范圍施工。為保證正洞施工，對斜井底板進(jìn)行加強(qiáng)處理：底板厚度由原設(shè)計20cm加厚至30cm，底板頂面增設(shè)一層？準(zhǔn)6mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格20×20cm，網(wǎng)片保護(hù)層厚度5cm。具體鋼架布置見圖1。

3.2 隧道2號斜井進(jìn)入正洞前的施工

根據(jù)斜井與正洞相交角度，2號斜井開挖至X2DK0+050處時，開始安裝I16異型鋼架，異型鋼架需按扇形布置，左側(cè)間距95cm，右側(cè)間距122cm，共架立36榀鋼架，第36榀異型鋼架架立方向與正洞線路方向平行;對進(jìn)入正洞前5m范圍內(nèi)斜井初支進(jìn)行加強(qiáng)，鋼架間距0.5m，均平行于正洞線路方向設(shè)置，進(jìn)入正洞前5m范圍內(nèi)鋼架鎖腳均采用L=3.5m，？準(zhǔn)42錨管，每處4根，其余支護(hù)參數(shù)均按照雙車道Ⅳ級模筑施工。斜井開挖至于正洞外輪廓線交叉處后停止掘進(jìn)，封閉掌子面。隨后進(jìn)行斜井下臺階及底板施工。待斜井支護(hù)完成后方能進(jìn)入正洞范圍施工。為保證正洞施工，對斜井底板進(jìn)行加強(qiáng)處理：底板厚度由原設(shè)計20cm加厚至30cm，底板頂面增設(shè)一層？準(zhǔn)6mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格20×20cm，網(wǎng)片保護(hù)層厚度5cm。具體鋼架布置見圖2。

3.3 交叉口處加固措施

考慮到斜井以小角度進(jìn)入正洞，采取對交叉口段圍巖進(jìn)行徑向注漿加固，注漿范圍為斜井進(jìn)正洞前5m的拱墻部分，注漿孔開孔直徑75mm，終孔不得小于42mm，注漿管采用？準(zhǔn)42mm鋼花管，單根長度3m，孔位環(huán)向間距150cm，縱向間距250cm，注漿采用水泥漿，水灰比=0.5～0.8：1;當(dāng)周圍圍巖出現(xiàn)涌水情況，采用水泥水玻璃雙液漿，水泥漿：水玻璃漿液=1：0.8。

施工至斜井與正洞邊墻交接處，架立最后一榀鋼架，并在鋼架上方設(shè)置鋼橫梁，作為正洞鋼架的落腳點(diǎn)。最后一榀鋼架采用2組I18鋼架并排雙拼，鋼架間采用？準(zhǔn)22mm連接筋焊接固定，橫梁采用2根并排I18工字鋼，橫梁與鋼架之間設(shè)置I18工字鋼立柱支撐，支撐立柱與正洞鋼架位置相對應(yīng)，間距相為1m。在橫梁下方每根立柱支撐兩側(cè)各打設(shè)1根3m長？準(zhǔn)42mm注漿小導(dǎo)管，以增強(qiáng)橫梁穩(wěn)定性。雙拼鋼架必須落腳在穩(wěn)固基巖上，本項目在鋼架下方設(shè)置混凝土支墩以增加其穩(wěn)定性。斜井與正洞交叉口處鋼架布置見圖3。

3.4 “門字形”導(dǎo)坑施工

待斜井與正洞交界處的斜井二次襯砌完成后，利用斜井開挖臺車沿斜井與正洞邊墻相交處垂直于正洞中線方向上臺階開挖400cm寬門字形導(dǎo)坑，小導(dǎo)坑開挖時拱頂超出正洞開挖輪廓線23cm，采用I16門架式拱架（鋼架布置見圖4）。

進(jìn)行正洞初期支護(hù)時不再取出拱頂橫梁，門架間距1.0米/榀，噴射C25混凝土厚23cm，橫梁設(shè)置？準(zhǔn)22砂漿錨桿，3m/根，1.2×1.2m（環(huán)×縱）布置，采用？準(zhǔn)6鋼筋網(wǎng)20×20布置。當(dāng)圍巖自穩(wěn)能力可以，則噴射混凝土只噴射拱頂部分，對于圍巖自穩(wěn)能力較差部位，則把門柱也噴上混凝土，每循環(huán)進(jìn)尺控制在1m左右，防止進(jìn)尺過大導(dǎo)致挑頂形成大超挖。

為確保在導(dǎo)洞施工全過程中的安全，必須在有加強(qiáng)支護(hù)的情況下施工，現(xiàn)場根據(jù)圍巖情況可以適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)。

3.5 正洞開挖施工

“門字形”導(dǎo)坑施工完成后，先將門字架范圍內(nèi)的正洞上臺階初支施工完畢，支護(hù)參數(shù)除初支鋼架由格柵鋼架改為I16型鋼鋼架，其余支護(hù)參數(shù)為：超前支護(hù)為？準(zhǔn)42小導(dǎo)管，4.5m/根，0.4×3m（環(huán)×縱）布置;噴射混凝土23cm厚，拱部/邊墻設(shè)置？準(zhǔn)22組合中空/砂漿錨桿，3m/根，1.2×1.2m（環(huán)×縱）布置，采用？準(zhǔn)6鋼筋網(wǎng)20×20布置，鋼架采用I16工字鋼鋼架，間距1m/榀。

導(dǎo)坑內(nèi)的正洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到要求后，拆除導(dǎo)洞小里程側(cè)的邊墻臨時支護(hù)，先向施工任務(wù)較少的小里程側(cè)，按照臺階法施工30m，洞內(nèi)拼裝仰拱棧橋完成該段的仰拱及填充，隨后向大里程側(cè)按照臺階法施工，利用小里程側(cè)的仰拱棧橋施工仰拱及填充。

正洞開挖落底后要及時施工排水設(shè)施并進(jìn)行仰拱及仰拱填充施工，使支護(hù)結(jié)構(gòu)盡早封閉成環(huán)，提高穩(wěn)定性，確保施工安全?，F(xiàn)場要加強(qiáng)監(jiān)控量測，有異常情況人員立即撤離。尤其與斜井交叉處，盡早形成封閉環(huán)，鋼架落腳于已做好的落腳平臺上，務(wù)必確保安全，小心進(jìn)尺。

3.6 二襯臺車組裝

受斜井?dāng)嗝娉叽缬绊懀炊r臺車分構(gòu)件采用車輛運(yùn)至正洞內(nèi)，利用斜井正洞交叉口小里程側(cè)已施工完成仰拱及填充的30m進(jìn)行拼裝，二襯臺車拼裝采用滑輪組提升模板。正洞開挖初支時在同一斷面兩側(cè)起拱線位置設(shè)置每組3～5根5m長？準(zhǔn)22mm砂漿錨桿，錨桿錨固牢固，錨桿頭做成彎鉤狀，便于掛住滑輪組。錨桿組設(shè)置于2～3個斷面上，原則上間距與二襯臺車單塊模板寬度相同。掛鉤錨桿可通過設(shè)置橫向連接筋與正洞初支鋼架形成整體，增強(qiáng)承載能力。

4 ?監(jiān)控量測

斜井進(jìn)入正洞的交叉口處施工斷面大，作為施工通道的持續(xù)時間長，圍巖應(yīng)力分布復(fù)雜，且應(yīng)力隨著時間進(jìn)行釋放及重分布，容易使圍巖的支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形及位移，甚至使支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，從而危及隧道安全。因此，在施工期間需對交叉口處的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控量測，以確保隧道結(jié)構(gòu)安全。同時，也通過監(jiān)控量測結(jié)果對支護(hù)參數(shù)及施工工藝進(jìn)行調(diào)整。

在交叉口的前后，于隧道正洞及斜井均分別布置了3處監(jiān)控量測斷面，每個量測斷面設(shè)置2條水平的收斂量測基線，1處拱頂下沉觀測點(diǎn)。

采用LeicaT02全站儀用作為量測儀器，使用先進(jìn)的無接觸量測技術(shù)。無接觸量測技術(shù)由軟件控制的全自動量測儀器自動進(jìn)行量測及收集數(shù)據(jù)，并由軟件自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行平差、回歸分析、計算擬合曲線的函數(shù)，對超預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行自動警示，對最終沉降值進(jìn)行預(yù)測。在加快量測速度及數(shù)據(jù)分析的同時，也確保了量測精度，為施工安全提供了有力保障。

根據(jù)監(jiān)控量測的直接數(shù)據(jù)及分析結(jié)果對交叉口處圍巖及支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行評估，進(jìn)而調(diào)整支護(hù)參數(shù)及施工工藝，以科學(xué)手段確保施工安全及隧道結(jié)構(gòu)安全。

5 ?施工控制要點(diǎn)

①隧道開挖斷面的中線和高程必須符合設(shè)計要求。

②制作鋼架、橫梁和支撐立柱所用的鋼材到場后必須進(jìn)行檢驗，鋼材品種和規(guī)格必須符合設(shè)計要求。型鋼鋼架的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求。

③鋼架安裝不得侵入二次襯砌斷面，底部不得有虛碴，相鄰鋼架及各節(jié)鋼架間的連接應(yīng)符合設(shè)計要求。鋼架的混凝土保護(hù)層厚度不得小于3cm。

④沿鋼架外緣每隔2m應(yīng)用鋼楔或混凝土預(yù)制塊與初噴層頂緊，鋼架與初噴層間的間隙應(yīng)采用噴射混凝土噴填密實(shí)。

⑤施工中必須加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測，根據(jù)量測結(jié)果及時反饋支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載安全信息，確保支護(hù)措施安全合理。

⑥挑頂進(jìn)洞施工的關(guān)鍵在于“穩(wěn)”，初支遵照“寧強(qiáng)勿弱”的原則。開挖圍巖盡量采取機(jī)械配合人工進(jìn)行，人工開挖困難時，采取弱爆破。

⑦挑頂施工期間派專人對圍巖及初支的安全穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常立即反饋，并采取有效措施確保安全后方可再行施工。

6 ?結(jié)束語

魏家峁隧道斜井挑頂進(jìn)洞施工時，均高效順利地完成了交叉段1號、2號斜井與正洞洞身的施工掘進(jìn)，施工實(shí)踐表明，本項目采取的斜井挑頂進(jìn)正洞的技術(shù)方案是科學(xué)可行的。能夠給類似挑頂進(jìn)洞施工帶來參考價值。

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