軟弱圍巖隧道斜井進(jìn)入正洞挑頂施工技術(shù)

周志強(qiáng)

（中鐵二十二局集團(tuán)第六工程有限公司，云南 昆明 650601）

1 工程概況

寶峰隧道穿越云南省昆明市晉寧縣與玉溪市紅塔區(qū)兩地，其中進(jìn)口里程為DK10+338，出口里程為D2K17+715，全長7377m。全隧共設(shè)4座斜井，其中2號(hào)斜井設(shè)計(jì)平長為600m，井身坡度為11.5%（其中X2K0+000～X2K0+030為0.3%），斜井與正洞相交于左中線D2K12+900處（即X2K0+000），交角為45°。2號(hào)斜井因2011年9月18日X2K0+165.8掌子面發(fā)生涌突，造成地表塌陷。為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)對(duì)2號(hào)斜井進(jìn)行了一次線路調(diào)整，采取迂回斜井施工方案，迂回斜井與原斜井交角40°，與原斜井中線交點(diǎn)為X2K0+210=YX2K0+232.08處，原斜井與正線的里程和交角不變，仍以45°交于D2K12+900處，迂回后斜井加長22.08m，迂回段縱坡變?yōu)?0.24%。

2 施工特殊情況及難度

由于2號(hào)斜井地質(zhì)復(fù)雜，圍巖破碎、富水，自開工以來，風(fēng)險(xiǎn)不斷，先后發(fā)生規(guī)模以上涌水突泥4次，初支變形換拱3次。尤其是在斜井進(jìn)正洞挑頂施工過程中，發(fā)生涌水突泥，涌突量約2000m3，水量約3L/s，給后續(xù)施工造成極大難度。后經(jīng)參建四方研究決定于YX2K0+020處拱部施作30m長φ108mm大管棚注漿加固處理，使斜井進(jìn)入正洞橫向?qū)Ф捶秶玫接行镒o(hù)，確保挑頂?shù)氖┕ぐ踩?/p>

3 管棚設(shè)計(jì)參數(shù)及施工工藝

3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

該次大管棚超前預(yù)支護(hù)施工采用雙層大管棚，管棚鋼管為外徑φ108mm、壁厚8mm的熱軋無縫鋼管，每根管棚棚管長30m，管壁四周鉆φ10mm壓漿孔，孔間距20cm，呈梅花型布置，尾部留≥200cm的不鉆孔的止?jié){段。施工時(shí)鋼管沿隧道周邊以一定的仰角和外插角打入圍巖，注漿材料為水泥漿，水灰比0.8∶1～0.5∶1，注漿初始?jí)毫?.5～1.0MPa，終止壓力為1.5～2.0MPa。

3.2 管棚施工工藝及方法

管棚施工流程圖如圖1所示。

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙參數(shù)，將孔位準(zhǔn)確放樣，并編號(hào)。

（2）鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆桿角度，確保成孔滿足設(shè)計(jì)要求。開鉆前將鉆機(jī)固定牢固，防止鉆機(jī)移位造成孔位或角度偏離設(shè)計(jì)方向。

圖1 超前大管棚施工工藝流程圖

（3）采用隔孔跟管鉆進(jìn)，成孔后及時(shí)封孔注漿。完成一根后，再進(jìn)行下一根作業(yè)。

（4）管棚鋼管采用φ108mm、δ=8mm無縫熱軋鋼管。鋼管管壁鉆孔，孔徑10mm，間距20cm，呈梅花型布置。

（5）鋼管采用絲扣式連接，施工前做好鋼管配管工作，防止鋼管接頭在同一斷面上。

（6）注漿時(shí)，漿液滿足設(shè)計(jì)要求，在水泥漿設(shè)計(jì)配比范圍內(nèi)。當(dāng)注漿壓力較小時(shí)，盡量采用較稠水泥漿；壓力較大時(shí)，采用較稀水泥漿。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，持續(xù)注漿10min后方可結(jié)束。

（7）施工中做好鉆孔、壓漿記錄。

4 斜井進(jìn)入正洞挑頂施工方案

該斜井進(jìn)入正洞采用橫向棚洞法，即在斜井開挖接近與正洞相交里程YX2K0+014.12時(shí)，逐漸抬高斜井拱頂高程。于斜井與正洞相交里程起，采用棚洞進(jìn)入法進(jìn)行正洞開挖。

由于斜井與正洞相交45°，斜井初支需做一段扇形支撐，逐步抬高斜井拱架。為確保施工安全，YX-2K0+003.47～YX2K0+014.12段為加強(qiáng)地段，此段初支內(nèi)1#～12#拱架全部采用I20b型鋼加工制作，模筑襯砌（曲墻帶仰拱），噴射混凝土厚度調(diào)整為27cm。斜井挑頂?shù)装迤露劝?8.23%，頂部按31.69%，挑至正洞7#排架。正洞挑頂段采用梯形導(dǎo)坑，邊墻為直墻，寬度為4.58m，頂部為梯形，高度為1.59～5.15m，I20b型鋼作立柱及拱架，鋪掛鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土，噴砼厚度亦為27cm。斜井進(jìn)入正洞挑頂施工縱斷面圖如圖2所示。

圖2 斜井進(jìn)入正洞挑頂施工縱斷面圖

5 挑頂施工順序及方法

（1）斜井按正常斷面及方法下導(dǎo)施工至YX2K0+014.12，上導(dǎo)至斜井挑頂段第5#拱架，停止斜井掌子面掘進(jìn)，將YX2K0+014.12斜井挑頂?shù)?#拱架及大里程方向邊墻全部落至墻底設(shè)計(jì)位置，仰拱及鋪底全部做好，并在YX2K0+030處右側(cè)預(yù)留集水坑。

（2）從洞外拉較好土石回填坡道，坡度約28.23%，坡度起點(diǎn)里程為YX2K0+022。

（3）斜井爬坡及抬高支撐地段（YX2K0+014.12～YX2K0+006.52）由于此段處于爬坡地段，初支拱架逐漸抬高，因此必須嚴(yán)格按圖中里程及標(biāo)高架立初支拱架，確保拱架位置安裝準(zhǔn)確無誤。

（4）進(jìn)入正洞挑頂段。正洞挑頂?shù)装灏?8.23%爬坡（拱頂、拱架頂按31.69%挑至7#拱架），導(dǎo)洞按梯形直墻斷面，I20b工字鋼做立柱及拱架，在正洞1#拱架處，導(dǎo)洞斷面由大變小，正洞1#拱架由兩榀組成（一榀大、一榀?。瑑砷o靠?？紤]正洞挑頂段初支沉降量較大，此段正洞初支預(yù)留沉降量由設(shè)計(jì)0.13m變?yōu)?.40m（此段正洞初支拱架為特制：采用H150型鋼加工制作，間距按0.5m/榀）。正洞導(dǎo)洞施作至第17#拱架，正洞棚洞須按實(shí)際情況打設(shè)超前支護(hù)并注漿，必要時(shí)掌子面亦須錨固或噴射混凝土封閉。

（5）安裝斜12#拱架上導(dǎo)及橫梁，施打鎖腳錨管，注漿后與12#拱架采用L型鋼筋焊接牢固，鋼架每側(cè)拱腳各施打6根鎖腳錨管，每根長4.0m，斜30～45°向下打設(shè)，上下三排，兩兩相對(duì)，完成后對(duì)安裝拱架時(shí)擴(kuò)挖部分進(jìn)行噴射混凝土回填加固。

（6）安裝正洞初支拱架，焊接縱向連接鋼筋及鋼筋網(wǎng)（此時(shí)不進(jìn)行噴射混凝土施工）。

（7）接長斜1#～12#初支下導(dǎo)拱架，施作該段斜井仰拱及二襯混凝土，二襯采用鋼筋混凝土，施作長度≥20m，以加強(qiáng)支護(hù)能力。

（8）進(jìn)入正洞上導(dǎo)，向大里程和小里程方向各施打一環(huán)超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管每根長3.0m，環(huán)向間距0.2m。完成后對(duì)正洞橫向棚洞已安裝正洞鋼拱架部分進(jìn)行初支噴射混凝土作業(yè)。

（9）待橫向棚洞混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%后，用風(fēng)鎬鑿除昆陽方向棚洞側(cè)墻混凝土，割除鋼拱架，按設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)向小里程方向施作10m正洞上臺(tái)階，開挖進(jìn)尺為每循環(huán)一榀鋼拱架。完成后以同樣的工法向大里程方向施作10m正洞上臺(tái)階。

（10）落正洞中臺(tái)階及下臺(tái)階：臺(tái)階步距控制在3～5m，形成正洞三臺(tái)階法施工。加設(shè)鎖腳錨管，每處拱腳施作6根，長度為4.0m，斜45°向下打設(shè)。上、中、下臺(tái)階部位均需增設(shè)臨時(shí)仰拱，與拱架焊接牢固，臨時(shí)仰拱間間隔1m，采用Φ22mm鋼筋焊接，并噴射C25混凝土，在挑頂段每個(gè)臺(tái)階連接板處均需增設(shè)縱向托梁，系統(tǒng)錨桿盡量全部施作，以期共同形成組合拱。

（11）正洞下臺(tái)階向前施工10m后要及時(shí)施作仰拱及仰拱填充，盡早形成閉合的環(huán)向支撐體系，確保施工安全。

6 施工特別注意事項(xiàng)及安全保障

（1）管棚施作完成后，打孔驗(yàn)證管棚注漿加固效果，并經(jīng)參建各方現(xiàn)場(chǎng)確定以后再進(jìn)行下一步施工。（2）挑頂開挖過程中，嚴(yán)密觀察掌子面圍巖狀況及出水情況，若發(fā)現(xiàn)再次涌水突泥，立即封閉掌子面，并回填反壓，通知參建各方，確定下一步處理措施。（3）斜井挑頂?shù)?1#拱架安裝時(shí)向大里程偏移5cm，使第12#拱架架立時(shí)有足夠的空間，以免侵入正洞。（4）挑頂段施工過程中尤其要加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)：布點(diǎn)加密，量測(cè)頻次加大，如有異常情況，立即分析原因，并采取應(yīng)急措施，加強(qiáng)支護(hù)。（5）穩(wěn)扎穩(wěn)打，不得冒進(jìn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，切實(shí)做好初期支護(hù)施工質(zhì)量，及時(shí)封閉成環(huán)，確保挑頂施工安全順利。（6）施工人員佩戴好勞動(dòng)保護(hù)用品，注漿時(shí)，注漿管不得對(duì)準(zhǔn)人體，防止高壓漿液對(duì)施工人員造成傷害。（7）做好施工用電安全防護(hù)措施，做到“一機(jī)一閘，一箱一保護(hù)”。（8）管棚及挑頂施工前，做好防涌突應(yīng)急準(zhǔn)備工作，將應(yīng)急物資存放在掌子面附近，數(shù)量必須充足，以備急用，并編制專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案組織進(jìn)行應(yīng)急演練。

7 結(jié)束語

斜井進(jìn)入正洞挑頂施工是隧道施工的重要和特殊環(huán)節(jié)，尤其在軟弱圍巖挑頂施工時(shí)應(yīng)特別注意施作好超前支護(hù)；采取橫向棚洞法進(jìn)行斜井進(jìn)入正洞挑頂施工，由于導(dǎo)洞斷面縮小，做好初期支護(hù)及加強(qiáng)支護(hù)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，是施工安全的保證。