云山隧道3#斜井地下風(fēng)機(jī)房施工技術(shù)

張燕

（中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司）

地下風(fēng)機(jī)房的建設(shè)條件特殊，潛在諸多安全隱患，尤其是在不同大小斷面接口處、大斷面施工中，更容易由于方法不當(dāng)而引發(fā)安全事故。為此，加強對地下風(fēng)機(jī)施工技術(shù)的研究極具現(xiàn)實意義。

1 工程概況

云山隧道位于山西省晉中市左權(quán)縣城東北5km 處，橫穿陽曲山東南延，為左右線分離式隧道，其中本工程施工部分為：右線K43+590～K49+300，長5710m；左線ZK43+570～ZK49+300，長5730m；1# 豎井和3# 斜井（均作為運營通風(fēng)井）。

3#斜井長度1129.3m，最大縱坡-12.5%，每260m設(shè)一處長度為20m 的緩坡段，以此類推。3#斜井采用的是直墻拱形斷面形式，洞身設(shè)30cm厚的鋼筋混凝土中隔板，通過此結(jié)構(gòu)的設(shè)置達(dá)到分隔風(fēng)道和排風(fēng)道的效果。3#斜井與主洞形成連接關(guān)系，在連接區(qū)域適配地下風(fēng)機(jī)房，以滿足隧道運營對通風(fēng)的要求。

在地質(zhì)條件方面，本工程圍巖類型包含角礫狀灰?guī)r夾泥質(zhì)白云巖、云斑狀石灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r等，總體來看硬巖占據(jù)大多數(shù)，局部存在少量的較軟硬巖。隧道全線主要包含Ⅲ級圍巖、Ⅳ級圍巖，分別約占標(biāo)段總長的84%、14%，其中Ⅳ級圍巖穿插于Ⅲ級圍巖中。斜井進(jìn)口端圍巖條件欠佳，呈較為明顯的破碎狀。

2 地下風(fēng)機(jī)房施工要點

本工程地下風(fēng)機(jī)房洞室群集多類設(shè)施于一體，風(fēng)機(jī)房的結(jié)構(gòu)組成頗為復(fù)雜、斷面多且變化頻繁，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有大小斷面洞室平面縱橫交錯的情況，在此分布情況下加劇接口部位的復(fù)雜度，不利于安全開挖，為此需選擇合適的開挖方法，同時在開挖時做好支撐體系轉(zhuǎn)換操作，保證開挖安全[1-3]。

2.1 開挖施工流程

斜井施工完畢，進(jìn)正洞后進(jìn)行正洞施工是地下風(fēng)機(jī)房工程施工的重要前提內(nèi)容，在該路線的施工中必須準(zhǔn)備充足的材料和機(jī)械設(shè)備，并組建高素質(zhì)的施工隊伍，從大小里程兩個方向同步開挖。隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，待正洞大小里程掌子面的距離達(dá)到500m 以上且確認(rèn)現(xiàn)場無異常狀況的前提下，安排專業(yè)的隊伍施工地下風(fēng)機(jī)房，基本流程為：施工聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道→施工運輸通道→施工聯(lián)絡(luò)通道及設(shè)備房→施工風(fēng)機(jī)房→施工送風(fēng)道→施工聯(lián)絡(luò)排、送風(fēng)道過渡段。

2.2 特殊部位施工

斜井聯(lián)絡(luò)排、送風(fēng)道過渡段采用大曲拱直墻的結(jié)構(gòu)形式，在施工該部分時，開挖斷面尺寸最大達(dá)到18.34m（寬）×10.80m（高），為了兼顧施工效率，以中導(dǎo)洞法開挖至過渡段。換言之，初期過渡段按聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道一般斷面開挖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步轉(zhuǎn)向主洞施工，經(jīng)一段時間后地下風(fēng)機(jī)房的其它洞室均成型，在前述各項工作均完成后，最后組織聯(lián)絡(luò)排、送風(fēng)道過渡段的加寬處理以及挑頂施工。在該流程化的模式下可有效加快正洞施工進(jìn)度[4-5]。

2.3 交叉部位的施工

2.3.1 高洞室進(jìn)入矮洞室

主洞開挖支護(hù)結(jié)束后，從主動邊墻開口部分開挖，實現(xiàn)從高洞室向矮洞室的空間轉(zhuǎn)變。交叉部位的受力條件錯綜復(fù)雜，為確保應(yīng)力重新分布轉(zhuǎn)換具有合理性，對交叉部位做針對性的處理，即在該處割斷主洞鋼支撐，在順利完成支撐替換操作后方可推進(jìn)至通道施工環(huán)節(jié)。主洞與橫洞交叉口支撐托換示意圖如圖1 所示。

圖1 主洞與橫洞交叉口支撐托換示意圖

2.3.2 矮洞室入高洞室

具體施工內(nèi)容包含：風(fēng)機(jī)房聯(lián)絡(luò)送排風(fēng)道進(jìn)入風(fēng)機(jī)房；斜井送排風(fēng)道跨右洞進(jìn)入左洞，具體情況如圖2 所示。

圖2 矮洞室與高洞室交叉示意圖

⑴斜井進(jìn)入正洞挑頂施工采用新奧法，考慮施工現(xiàn)場圍巖的特性，確定合適的臨時支護(hù)方法，Ⅲ級圍巖采用掛網(wǎng)噴錨的方法，Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用棚架法，各自均有特定的施工要點，此處以棚架法為例，展開關(guān)于斜井進(jìn)入正洞挑頂?shù)氖┕し治觥?/p>

⑵斜井臺階法施工推進(jìn)至平坡段時仍然采用臺階法，此時上、下臺階的長度均按5～6m 的要求控制，拱部斜向上挑頂10%～20%，使斜井拱部能夠順利上抬，抬高量控制在1.2m。

⑶斜井施工位置達(dá)到與正洞邊墻相交斷面時，若現(xiàn)場無異常狀況可以施工正洞上弧導(dǎo)挑頂，此部分采用三臺階法，臺階長度均為4m，高度控制在3～3.5m，具體施工情況如圖3 所示。

圖3 正洞相交段上導(dǎo)挑頂開挖、臨時支護(hù)斷面示意圖

⑷采用人工鉆爆法斜向上開挖，單個循環(huán)進(jìn)尺為1～2m，形成尺寸為3m×4m 的導(dǎo)坑。為保證開挖的安全性，每結(jié)束一個循環(huán)的開挖后施作1 榀棚架，起到支護(hù)的作用，此時棚架間距為0.5m，并在邊墻部位設(shè)3.0m的錨桿，用φ22mm 鋼筋對棚架做縱向連接；隨后掛網(wǎng)施工，最后噴射C20 混凝土，厚度控制在20～25cm。依托于前述方法建立穩(wěn)定可靠的臨時支護(hù)體系，為開挖施工提供安全保障。

⑸門架安裝及鋪底施工。在小導(dǎo)洞掘進(jìn)至正洞左線一端時，開挖斜井的下導(dǎo)（不出渣）至與正洞斷面相交處，及時安裝門架。門架采用兩榀I18 鋼架焊接而成，并與斜井最后一榀初支鋼架焊接牢固。在斜井至正洞過渡段結(jié)構(gòu)支護(hù)完成后，施做正洞上導(dǎo)挑頂段初期支護(hù)。該段初期支護(hù)拱腳一側(cè)座在上臺階底面，底面設(shè)臨時鋼墊板（30cm×30cm×1.6cm），另一側(cè)座在門架縱梁梁頂上，并采用螺栓連接牢固。

⑹送排風(fēng)道進(jìn)入風(fēng)機(jī)房施工。送排風(fēng)道施工至風(fēng)機(jī)房交界處，以送排風(fēng)道斷面進(jìn)入風(fēng)機(jī)房，同時斜向上坡開挖至風(fēng)機(jī)房拱頂高程，在導(dǎo)洞內(nèi)直接向風(fēng)機(jī)房進(jìn)行擴(kuò)挖，一端正洞施工10m，并繼續(xù)沿相同方向按風(fēng)機(jī)房支護(hù)形式掘進(jìn)一定距離，形成作業(yè)空間后轉(zhuǎn)向相反方向施工，擴(kuò)挖臨時支撐達(dá)到風(fēng)機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)斷面。

2.4 二次襯砌施工

地下風(fēng)機(jī)房洞室的骨架均由工字鋼構(gòu)成，配套組合鋼模板、AM20 高強螺栓（用于連接）等相關(guān)配件。要求各材料均滿足要求，例如模板光滑平整、不存在銹蝕跡象；高強螺栓的型號滿足要求，數(shù)量合理。二次襯砌的具體施工要點如下：

⑴檢修通道二次襯砌施工時，分節(jié)長度按6m 控制。拱部半徑較小，單塊模板的尺寸為1.5m 長、20cm 寬；邊墻部分，單塊模板尺寸為1.5m×1.0m。模板拱架材料選用的是I18 工字鋼，分別在兩側(cè)縱向設(shè)兩道拉桿（材料為φ22mm 圓鋼），橫向用兩道I14 工字鋼加固，提升模板的穩(wěn)定性。

⑵運輸通道、設(shè)備房及風(fēng)機(jī)聯(lián)絡(luò)段二次襯砌施工時，單節(jié)長度按6m 控制。拱部單跨模板長度為1.5m、寬度為30cm；邊墻單塊模板尺寸為1.5m×1.0m。鋼架由I18 工字鋼組成，分別在兩側(cè)縱向設(shè)7 道拉桿（φ22mm圓鋼）、橫向設(shè)2 道鋼支撐（I18 工字鋼），提升模板的穩(wěn)定性。

⑶聯(lián)絡(luò)送風(fēng)道二次襯砌施工時單節(jié)長度按6m 控制。拱部半徑較小，單跨模板長度為1.5m、寬度為30cm；邊墻單塊模板尺寸為1.5m×1.0m。鋼架由I18 工字鋼組成，分別在兩側(cè)縱向設(shè)4 道拉桿（φ22mm 圓鋼）、橫向設(shè)2 道鋼支撐（I18 工字鋼），提升模板的穩(wěn)定性。

⑷聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道二次襯砌施工時單節(jié)長度按6m 控制。拱部半徑較小，單跨模板長度為1.5m、寬度為30cm；邊墻單塊模板尺寸為1.5m×1.0m。鋼架由I18 工字鋼組成，分別在兩側(cè)縱向設(shè)5 道拉桿（φ22mm 圓鋼）、橫向設(shè)2 道鋼支撐（I18 工字鋼），提升模板的穩(wěn)定性。

⑸地下風(fēng)機(jī)房高度12m，于邊墻頂部設(shè)牛腿。二次襯砌施工時單節(jié)長度按6m 控制。牛腿模板采用木模，邊墻單塊模板尺寸為1.5m×1.0m。鋼架由I18 工字鋼組成，分別在兩側(cè)縱向設(shè)5 道拉桿（φ22mm 圓鋼，間距100cm）、橫向設(shè)2 道鋼支撐（I18 工字鋼），提升模板的穩(wěn)定性。待本段混凝土澆筑后暫不拆除模板和拱架，將拱部的拱架及模板設(shè)置到位，模板尺寸為1.5 長、30cm寬，縱向設(shè)2 道拉桿（φ22mm 圓鋼），橫向設(shè)一道I18 工字鋼。

3 地下風(fēng)機(jī)房大斷面施工的質(zhì)量控制

⑴以爆破設(shè)計方案為準(zhǔn)，合理選擇爆破炸藥及其它材料，精準(zhǔn)控制爆破用藥量。此外，根據(jù)設(shè)計要求完成噴錨支護(hù)作業(yè)，保證支護(hù)效果。

⑵鎖固錨桿孔施工時向孔內(nèi)填充砂漿，保證填充的飽滿性；在不影響質(zhì)量的前提下，快速切割鋼支撐并將托梁安裝到位；順暢完成支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力轉(zhuǎn)換操作，盡可能縮短鋼支撐拱腳懸空的時間；以焊接的方法連接工字鋼托梁、鋼支撐、斜撐，保證穩(wěn)定性，確保經(jīng)過轉(zhuǎn)換后結(jié)構(gòu)仍能夠發(fā)揮出有效受力的作用。

⑶根據(jù)工程進(jìn)度及時施作初期支護(hù)，且尤為關(guān)鍵的是交叉口等部位，其受力條件復(fù)雜，更應(yīng)盡快完成支護(hù)作業(yè)。

⑷挑頂施工環(huán)節(jié)采取“錨、網(wǎng)、噴”多重措施，支護(hù)要求較高時可在該基礎(chǔ)上設(shè)置鋼支撐。

⑸送風(fēng)道開挖施工采用中導(dǎo)洞法，待中隔墻基礎(chǔ)施工成型后及時回填基礎(chǔ)周邊區(qū)域。向基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋襯砌鋼筋，以便與墻體穩(wěn)定連接。

4 結(jié)束語

地下風(fēng)機(jī)房在施工技術(shù)、工程費用方面一般高于洞外設(shè)置方式，但可節(jié)省土地，保護(hù)植被環(huán)境，便于設(shè)備的維護(hù)管理。但由于地下結(jié)構(gòu)的封閉性，在發(fā)生災(zāi)害后危害大、救援困難，因此對長大隧道地下風(fēng)機(jī)房的相關(guān)設(shè)計、組織施工需提出更為嚴(yán)格的要求，才能保證安全的工程環(huán)境。