鄭萬鐵路巫山隧道2#橫洞進正洞挑頂施工技術(shù)

張 奇

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

1 工程概況

鄭萬鐵路巫山隧道全長16 570.5 m，最大埋深730 m ，采用“3橫洞+2平導(dǎo)+1斜井”的輔助坑道方案，其中1號橫洞長度140 m，單車道無軌運輸；2號橫洞長度1 134 m，3號橫洞長度2 273 m，斜井長度1 071 m，均為雙車道無軌運輸；1號平導(dǎo)長度4 222 m，2號平導(dǎo)3 504 m，分別與2號橫洞、3號橫洞連接，均為單車道(擴大斷面)無軌運輸；通風(fēng)豎井長度330 m，半徑1.25 m 。

2#橫洞設(shè)于線路前進方向左側(cè)，橫洞中線與正洞右線中線交匯里程為D1K648+100(橫洞里程H2D1K0+000)，橫洞與線路平面交角為58°14′14″。橫洞進入正洞位置H2D1K0+004—H2D1K0+045段圍巖為Ⅳ級，襯砌類型采用雙車道Ⅳ級復(fù)合式襯砌，開挖工法為臺階法。正洞D1K648+027—D1K648+177段圍巖設(shè)計為Ⅳ級，襯砌類型采用Ⅳ級圍巖Ⅳb型復(fù)合式襯砌，支護參數(shù)為：全環(huán)噴C25混凝土，厚度為25 cm，襯砌采用C40鋼筋混凝土，拱墻厚度45 cm，仰拱厚度55 cm；開挖工法為臺階法開挖，開挖方式采用爆破開挖。橫洞進入正洞段主要為三疊系中統(tǒng)巴東組二段泥巖夾砂巖，地層單斜，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水主要為基巖裂隙水，不甚發(fā)育，主要分布于砂巖層中，以滴水、淋水為主。橫洞與正洞連接平面示意如圖1所示。

圖1 橫洞與正洞連接平面

由于橫洞與正洞交叉口特殊的結(jié)構(gòu)形狀，隧道開挖后面臨空間大、跨度大、應(yīng)力集中、應(yīng)力分布復(fù)雜等諸多問題[1-5]，而且支護結(jié)構(gòu)在“喇叭口”處不閉合，形成偏壓現(xiàn)象，不利于隧道圍巖的整體穩(wěn)定，尤其是隧道交叉口的銳角部位巖石是隧道施工加固時的關(guān)鍵部位，該部位施工中受擾動比較大，而且是受力最大的部位，對隧道“喇叭口”的穩(wěn)定起到很關(guān)鍵的作用。

2 總體施工工藝流程

2#橫洞進正洞的主要工藝流程如圖2所示。挑頂施工可分為以下幾個步驟：第一步，當(dāng)橫洞掘進施工至正洞線路右線7.35 m時，開始施工加強環(huán)，加強環(huán)采用2榀橫洞雙車道標(biāo)準(zhǔn)截面鋼架并排組成。第二步，2榀加強環(huán)施工完成后，開始進行變截面導(dǎo)洞的掘進施工，首先采用2榀變截面導(dǎo)洞鋼架進行支撐，減小加強環(huán)鄰近掌子面的陡峭程度，同時為后續(xù)導(dǎo)洞開挖提供足夠的安全支撐力。第三步，變截面導(dǎo)洞施工完成后，開始進行導(dǎo)洞的掘進施工，在施工過程中，橫洞下臺階要保證逐步接腿跟進。第四步，導(dǎo)洞繼續(xù)開挖，當(dāng)掘進至線路右側(cè)拱墻位置時，要及時進行網(wǎng)噴封閉導(dǎo)洞掌子面的施工，以保證安全性，此時橫洞中下臺階應(yīng)逐步降低至設(shè)計位置。第五步，導(dǎo)洞及橫洞的接腿全部完成后，開始進行底板鋪底施工，底板鋪設(shè)應(yīng)施工至加強環(huán)與正洞的交界處，當(dāng)?shù)装鍧仓瓿刹⑶疫_到設(shè)計強度后，開始進行橫洞襯砌段的襯砌施工。第六步，橫洞襯砌施工完成，開始對橫洞與正洞交界處進行棄渣回填，利用棄渣回填修建斜坡道以利于正洞的掘進施工，然后對正洞的初支鋼架進行安裝施工。

圖2 總體主要工藝流程

3 施工方法

3.1 加強環(huán)施工

加強環(huán)采用2榀橫洞雙車道標(biāo)準(zhǔn)截面鋼架并排組成，加強環(huán)鋼架全環(huán)采用I22a型鋼，縱向連接采用14 mm厚鋼板連接，連接鋼板環(huán)向間距50 cm，鋼架左右兩側(cè)拱腳處下墊50 cm×26 cm、厚14 mm鋼板，鋼架間距25 cm,保護層厚度3 cm，采用臺階法施工。加強環(huán)第1榀鋼架安裝后，利用超前小導(dǎo)管(角度25～30°，長度L=4 m，數(shù)量21根)對加強環(huán)處進行注漿加固施工，每榀鋼架兩側(cè)各設(shè)置4根長度為2.5 m的鎖腳錨管(?42 mm鋼管)。加強環(huán)與正洞鋼架關(guān)系如圖3所示。

圖3 加強環(huán)與正洞鋼架關(guān)系

3.2 導(dǎo)洞過渡段施工

為確保施工安全，在進行導(dǎo)洞施工前，需要在進入導(dǎo)洞前采用2榀變截面鋼架過渡，見圖4。過渡鋼架采用I18型鋼，鋼架間距60 cm，縱向連接采用14 mm厚鋼板連接，連接鋼板環(huán)向間距50 cm，噴混厚度27 cm，內(nèi)側(cè)3 cm，外側(cè)4 cm；在過渡鋼架A1拱部采用超前密排小導(dǎo)管，角度25～30°，長度L=4 m，數(shù)量21根；過渡鋼架拱墻節(jié)點處設(shè)置鎖腳錨管，采用?42 mm鋼管(厚3.5 mm)，每處2根，L=2.5 m。

圖4 導(dǎo)洞過渡段鋼架布置(單位：cm)

3.3 導(dǎo)洞施工

導(dǎo)洞過渡段施工完成后，開始進行導(dǎo)洞施工，導(dǎo)洞施工采用橫向爬坡導(dǎo)洞法，由2#橫洞向正洞拱頂爬坡施工，坡度25%，爬坡至正洞中線，線路中線至線路左線采用同一下降坡度。由于中臺階頂面與洞頂坡度保持相同，故此段落內(nèi)鋼架各部位尺寸相同，共計11榀，預(yù)留15 cm沉降量，施工至線路右線時開始采用異型鋼架，至線路右側(cè)邊墻共計設(shè)置4榀異型鋼架，鋼架間距60 cm，當(dāng)施工至右側(cè)邊墻位置時采用掛網(wǎng)噴混封閉導(dǎo)洞掌子面。導(dǎo)洞施工采用I18型鋼鋼架，間距60 cm，噴混厚度27 cm，網(wǎng)片?8 mm，尺寸20 cm×20 cm，每榀設(shè)置臨時橫撐，使導(dǎo)洞成環(huán)；臨時橫撐采用?22 mm螺紋鋼進行縱向連接，連接筋環(huán)向間距100 cm，為保證整體穩(wěn)定對鋼架間進行噴混回填加固。導(dǎo)洞拱部采用超前密排小導(dǎo)管(?42 mm、厚3.5 mm)，長度L=4 m；導(dǎo)洞鋼架拱腳每處設(shè)置2根鎖腳錨管，采用?42 mm鋼管(厚3.5 mm)，長度L=2.5 m。

3.4 正洞施工

導(dǎo)洞施工完成后，對正洞進行初期支護，支護采用3榀I22a型鋼架，間距為100 cm，線路左側(cè)鋼架安裝在加強環(huán)鋼架上并焊接牢固，線路右側(cè)鋼架落到上臺階底部，右側(cè)鋼架腳底下墊高強砼墊塊，然后進行鎖腳錨桿施工和掛網(wǎng)噴射混凝土施工；混凝土噴射完成后，拆除大里程一側(cè)導(dǎo)洞的側(cè)壁支撐鋼架，施工正洞第4榀型鋼鋼架，按正洞斷面進行開挖作業(yè)；鋼架拱部采用超前密排小導(dǎo)管加強支護，每榀施做一環(huán)，采用?42 mm鋼管(t=3.5 mm)，L=2～4 m；正洞大里程一側(cè)按上臺階尺寸進行開挖，施工至D1K645+710處，采用噴混封閉掌子面，大里程上臺階封閉后，開始拆除小里程一側(cè)導(dǎo)洞的側(cè)壁支撐鋼架，正洞小里程一側(cè)按上臺階尺寸進行開挖，施工至D1K645+690處，采用噴混封閉掌子面；正洞中臺階從導(dǎo)洞中心線處左右交錯施工，每循環(huán)2榀，按三臺階法施工。2#橫洞與正洞交叉處中臺階施工完畢后，開始施工大里程上、中臺階，上臺階開挖至D1K645+715，臺階長度4～5 m。上、中臺階形成后，開挖2#橫洞正對正洞范圍內(nèi)的下臺階，每循環(huán)2榀，向大小里程逐步跟進下臺階。下臺階施工完成后及時進行仰拱封閉成環(huán)，每循環(huán)施工不大于3 m。正洞大小里程達到三臺階施工條件后，先向大里程方向進行開挖與初支施工，達到具備組裝移動棧橋條件后封閉掌子面，由大里程向小里程方向施工二襯仰拱，以滿足移動棧橋組裝條件。在正洞大里程方向臺車拼裝，臺車拱部模板安裝采取在隧道頂部掛設(shè)倒鏈安裝設(shè)備，在初支鋼架上預(yù)先埋設(shè)吊點，以保證臺車拼裝。移動棧橋組裝前，將小里程方向掌子面噴混封閉，施工交叉口處正洞仰拱，仰拱施工縫避開交叉口位置，距離不小于2 m。正洞鋼架布置如圖5所示。

圖5 正洞鋼架布置(單位：cm)

4 變形監(jiān)測

橫通道與正洞交接處為Ⅳ級圍巖，但交叉段埋深大，應(yīng)力集中點多，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，支護結(jié)構(gòu)位移大，支護結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)破壞，而交叉口作為主洞長期的出渣進料通道，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性尤為重要，必須保證交叉口具有足夠的穩(wěn)定安全性，因而需要對交叉口處的位移進行監(jiān)測，以便于在施工過程中根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整支護參數(shù)以保證整個洞段的施工安全。為了更好地掌握圍巖變形情況，根據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》(Q/CR9218-2015)和《監(jiān)控量測信息化實施方案》的相關(guān)要求，在交叉口拱頂位置和腰線(側(cè)墻與仰拱交界點)設(shè)置了變形監(jiān)控點，變形監(jiān)控點處貼反光片，全站儀紅外線測量三維數(shù)據(jù)，監(jiān)控測量頻率為2次/d 。

交叉段拱頂豎向位移變形及腰線水平位移變形監(jiān)測結(jié)果見圖6。從圖6中可以看到：拱頂沉降及腰線變形受開挖施工工序的影響較大，當(dāng)進行導(dǎo)洞開挖后，變形有較大幅度增長；當(dāng)封閉支護完成后，交叉段的變形逐漸趨于穩(wěn)定，并在一個月左右達到收斂狀態(tài)，拱頂?shù)淖畲蟪两底冃螢?4.5 mm，腰線的最大變形為49.3 mm。由此可見，本工程采取的挑頂施工方法可以有效控制交叉段的變形，確保挑頂施工過程的安全，橫洞進正洞挑頂施工方案科學(xué)合理。

圖6 變形監(jiān)測結(jié)果

5 結(jié)束語

長大隧道施工在鐵路、公路、水利工程中尤為常見，必須借助于橫洞進行輔助施工，由于橫洞與正洞交叉口特殊的結(jié)構(gòu)形狀，因而交叉口處的施工技術(shù)對于圍巖的長期安全與穩(wěn)定十分重要。鄭萬鐵路巫山隧道2#橫洞進正洞挑頂施工，制定和采用了科學(xué)的方案與技術(shù)措施，確保了施工安全，可為類似深埋長大隧道橫洞進正洞挑頂施工提供借鑒經(jīng)驗。