大斷面斜井進入三線大跨軟弱圍巖正洞施工技術

摘要:崗頭隧道為昆明市三環(西、北段)閉合工程的工期控制性工程，因工期緊張(12個月)，為加快施工進度，增加一座斜井，由斜井進入隧道左線、再從左線進入右線施工，以增加施工作業面，縮短工期。受工期均衡制約，斜井與正洞交叉里程位于隧道中部，為Ⅴ級軟弱圍巖段，本文通過介紹斜井進入軟弱圍巖正洞施工步驟、工序、支護參數及采取的一些措施，供類似工程提供參考。

關鍵詞:漸變加強段 挑頂 導坑 施工技術

0 引言

近年來，隨著我國高速鐵路、高速公路建設的不斷發展，隧道工程朝著長大、深埋方向發展，受建設工期要求，越來越多需要設置輔助斜井進行長隧短打、以加快施工進度。為保證施工安全，斜井與正洞交叉口段一般會選擇圍巖較好地段，但也有由于隧道圍巖本身較差或受斜井位置受地形條件制約，交叉口地段圍巖較差，為保證施工安全，從斜井進入正洞施工過程中，制定科學的施工方案，采取可行的施工方法及措施進行工序轉換是必要的。

1 工程概況

崗頭隧道為雙洞三線大跨軟弱圍巖隧道，隧道全長左線2742m(起訖里程K0+596～K3+338)，右線2717m(起訖里程K0+623～K3+340)。斜井位于左線隧道左側，長約232m，與隧道左線線路中線交于K2+005，與隧道軸中線平面夾角約68°，縱坡為8.66%，斜井底約20m設置為平坡段。

崗頭隧道地質條件比較差且復雜，圍巖主要包括粉質黏土、黏土、碎石土、泥巖、砂巖、頁巖、白云巖、灰巖、泥灰巖、火山碎屑巖、玄武巖等，巖體風化嚴重，節理裂隙發育，地下水豐富，主要為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，其中Ⅴ級圍巖占全隧70%以上。斜井與正洞交叉帶位于F2斷層破碎帶(中心位置K2+140)影響范圍，圍巖巖性為二疊系下統倒石頭組(P1d)灰黃、灰綠、紫紅色鋁土巖，鋁土質頁巖夾淺灰白色硅質巖、黃褐色細砂巖、灰黑色頁巖及煤線，強風化，碎石狀。巖層產狀104°∠47°。地下水類型為碳酸鹽巖巖溶裂隙水，富水性中等。

隧道主洞K1+950～K2+050段采用S5d型結構支護及襯砌，具體參數見圖1。

斜井采用Sxj5型結構支護及襯砌，具體參數見圖2。

2 施工原則

由于斜井進入正洞交叉口為地應力較為集中的部位，在施工過程中，必須對交叉口進行加固處理，以確保施工和結構安全;施工過程中盡可能人工風鎬開挖，減小爆破對圍巖的擾動;開挖后及時施作初期支護，減小圍巖松弛度，控制圍巖變形;加強過程中監控量測，掌握圍巖動態變形情況，及時采取應對措施。

3 施工方案

斜井采用臺階法施工，施工到井底后，由于斜井與正洞斜交，于斜井底部設置一段過渡段，將斜井初期支護的拱架調整與正洞軸線為平行;然后由斜井上臺階向正洞延拱頂開挖線(調整后)施工一個Π型臨時導坑，施工中做好Π型臨時導坑的初期支護;待Π型導坑施工到位后，轉換工序，施作正洞拱部初期支護，完成由斜井施工向正洞施工的過渡;最后依次拆除Π型導坑兩側臨時支撐，向兩側進行正洞的開挖掘進施工。施工總體步驟見圖3。

3.1 斜井井底施工 斜井井身根據圍巖情況采用全斷面法或短臺階法施工，施工到井底平坡段后，由于地質條件較差，地下水豐富，采用短臺階法施工，上臺階高度約4.5米，臺階長度為3～5米，下臺階左右兩側前后錯2米左右;人工鉆爆，上下臺階同時起爆，每循環進尺控制在0.8～1.0米左右;洞碴上臺階采用小型挖掘機扒碴到下臺階，由裝載機裝運，自卸大車運至洞外棄碴場;掌子面積水則匯流至集水坑，由大功率抽水機抽排至洞外。

由于斜井與正洞斜交約68°，初期支護在井底距隧道左洞左開挖線6.06m始設置漸變加強段。根據斜井與正洞相交角度，按照最大側以60cm，最小側以30cm間距安裝I22b異型鋼架，完成鋼拱架由垂直于斜井中線到平行于正洞中線的過渡;加強段初期支護主要參數為:I22b異型鋼架，間距30～60cm;掛設φ8，@25*25cm雙層鋼筋網，噴C25混凝土29cm厚;布設φ25，L=3m中空錨桿，間距為0.6x0.6m，梅花形布置;每臺階拱腳設4根3m長φ42x4鎖腳小導管。超前支護在拱部120°范圍采用φ42x4超前小導管，長3m，環向間距40cm，每2榀拱架施作一循環。漸變加強段拱架設置及參數見圖4。

3.2 交叉口處置 在斜井和正洞的交叉口處，作為正洞拱架的著力點，并排架設3榀I22b工字鋼加工的異型拱架，3榀拱架之間采用φ20鋼筋焊接成一個整體，連接鋼筋間距為30cm，在洞口形成一個加強的受力體，其架立位置以保證正洞二次襯砌厚度為準。

3.3 交叉口段二次襯砌 為改善交叉口段的圍巖應力分布，確保正洞挑頂及挑頂后的結構、施工安全，挑頂工作開始前，在斜井與正洞交叉口處施作9.0m二次襯砌。該段襯砌采用鋼拱架備組合鋼模板進行分段澆筑，混凝土為C25鋼筋混凝土，鋼筋主筋為Φ25鋼筋，間距為20cm，縱向連接筋采用Φ12鋼筋，間距為50cm，鉤筋采用φ8鋼筋，間距50cm呈梅花形布置。在二次襯砌和初期支護之間施作防水層，全幅掛設土工布和防水板，環向掛設φ70單壁打孔波紋管，間距4～5m，縱向安裝φ116雙壁波紋管，波紋管采用土工布包裹，縱向和環向之間采用三通連接。施工過程中，縱向鋼筋、土工布、防水板和縱向波紋管在正洞一端都預留出足夠長度以與正洞進行相關連接。

3.4 導坑施工

3.4.1 導坑開挖 斜井施工至與隧道左線左側開挖邊線交界后，垂直于正洞中線開挖一寬度為5m的導坑，并每間隔60cm立一榀沿隧道縱向的Π型臨時支撐，并逐漸沿正洞開挖線(由于正洞邊墻為曲墻，導坑段的正洞開挖線需調整，具體見圖5)將導坑拱頂上挑。導坑開挖采用人工手持風鎬開挖或人工鉆爆，每循環進尺控制在1.0～1.2米左右;洞碴采用人工配合小型斗車推運至斜井底，由裝載機裝運，自卸大車運至洞外棄碴場;掌子面積水自流至斜井底集水坑，由大功率抽水機抽排至洞外。

3.4.2 初期支護參數 Π型臨時支撐橫撐采用I25工字鋼，豎撐采用I22b工字鋼，間距60cm;掛設φ8，@20*20cm雙層鋼筋網，噴C25混凝土30cm厚;布設φ25，L=4m中空錨桿，間距為0.6x0.6m，梅花形布置;每臺階拱腳設4根3m長φ42x4鎖腳小導管。超前支護采用φ42x4超前小導管，長2.5m，環向間距40cm，每2榀拱架施作一循環。

3.4.3 Π型拱架加工 Π型拱架共計有19榀，根據施工時間依次編號1、2…19，由于導坑開挖高度不同，每榀Π型拱架兩側豎撐長度各不相同，具體加工參數見圖6。

3.5 導坑段正洞初期支護施工 Π型導坑施工到位后，即按照S5d的支護參數施作正洞拱部環向初期支護。拱架左邊拱腳立在斜井最后一榀拱架的頂部(該部位需作特殊處理，具體見圖7)。正洞環向拱架與臨時支撐頂部拱架之間存在的空隙采用掛φ8，@15*15cm雙層鋼筋網噴C25混凝土分層填密實，不得存在空洞。

3.6 正洞施工 完成挑頂段正洞的初期支護后，拆除導坑右側臨時豎撐，采用三臺階法向隧道進口方向施工，當上臺階開挖進尺20m后，再拆除導坑左側臨時豎撐，向隧道的出口方向開挖。當正洞上臺階兩個工作面相距一定距離，不存在相互施工干擾后，再依次開始種臺階和下臺階的開挖支護施工，直至步入施工正常階段。施工正常后，考慮到施工安全，及時施作交叉段正洞二次襯砌。

4 施工注意事項

施工過程中，為保證施工安全，須做好以下工作:①掌子面施工時，應設專人值班，隨時觀察圍巖及支護狀態的的穩定性;在軟弱圍巖段盡可能用人工手持風鎬開挖，必要時弱爆破，減小圍巖擾動;②初期支護及時緊跟，施工中加強圍巖量測，根據量測結果及時反饋支護信息，確保支護措施安全合理;③在條件具備的情況下，盡可能及早施作交叉口斜井和正洞的二次襯砌，確保結構安全;④做好斜井排水工作，防止積水對掌子面圍巖及拱腳進行浸泡;⑤制定挑頂施工的安全應急預案，做好應急材料、物資的儲備。

5 結束語

通過對崗頭隧道斜井進正洞挑頂方案的成功實施，可得出以下結論:

5.1 該方案簡單、可行;在本方案中，從工序上僅采取了一些常規的施工方法及工藝，不需要引入一些新方法、新工藝以滿足施工需求;

5.2 該方案合理、經濟;在本方案中，與正常施工及原設計相比較，僅增加了斜井交叉口加固、Π型導坑初期支護和Π型導坑超挖二襯回填的工程量，其中部分工程量為確保施工、結構安全而產生的投入，費用較少且合理;

5.3 該方案安全、快速;在本方案中，2009年8月9日開挖至斜井底并開始進行挑頂，2009年8月17日完成挑頂并開始正洞掘進，歷時8日歷天，且期間沒有出現任何安全事故。

因此，大斷面斜井進入三線大跨軟弱圍巖正洞施工技術在崗頭隧道的實施是一成功案例，該技術可廣泛應用于其它通過斜井進行施工的長大隧道工程。

參考文獻:

[1]高海宏.復雜條件下大跨公路隧道施工中的關鍵技術[J].隧道建設，2008(2):51-55.