長(zhǎng)大隧道斜井進(jìn)正洞施工技術(shù)

申延虎

目前,輔助隧道進(jìn)入正洞時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況主要施工方法有:臺(tái)階法、CD法、左右導(dǎo)坑法等,為實(shí)現(xiàn)高效、快速的進(jìn)入正洞施工,在特長(zhǎng)隧道施工過程中,業(yè)主為了加快投資回報(bào),往往會(huì)壓縮工期,同時(shí)施工單位為追求更好的經(jīng)濟(jì)效益,加快施工進(jìn)度是一個(gè)很好的途徑,為此給施工技術(shù)方案的選擇、人員配置、作業(yè)環(huán)境等增加了一定的難度,對(duì)施工提出了新的要求,本文結(jié)合長(zhǎng)洪嶺隧道 1號(hào)斜井進(jìn)入正洞的施工技術(shù),在原施工配置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了快速施工,取得了一定效果。

1 工程概況

1)隧道結(jié)構(gòu)及施工要求。長(zhǎng)洪嶺隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道,起訖里程 DK 183+594～DK 170+300,全長(zhǎng) 13294m。其中隧道設(shè)置施工輔助坑道斜井 2個(gè)、橫洞 1個(gè);1號(hào)斜井位于線路前進(jìn)方向右側(cè),與正洞左線相交于 DK 177+500,斜井井身與正洞平面交角為 74°,斜井綜合坡度為 7.0%,最大坡度 7.7%,交叉口段隧道開挖斷面寬約 13.5m,高約 11.5m,斜井進(jìn)入井底段正洞拱頂埋深約 240m,屬深埋大跨度隧道。2)隧道地質(zhì)及涌水量情況。隧址區(qū)屬中山地貌,構(gòu)造較簡(jiǎn)單,隧道區(qū)臨近出口向斜核部,巖層傾角較小,走向變化較大,地層總體上單斜,巖體較破碎。上覆土層以坡殘積土層為主,下伏巖層為泥巖夾砂巖、砂巖,巖質(zhì)較軟。無特殊巖土,不良地質(zhì)為巖堆。地下水相對(duì)不發(fā)育、無侵蝕性,工程地質(zhì)條件一般。隧址穿越段中部地表發(fā)育小型河流,其次地表零星分布池塘,地表水相對(duì)較發(fā)育,主要由大氣降雨補(bǔ)給。地形坡度一般為 15°～45°,斜坡地形利于地表水排泄,加之第四系覆蓋層粘性土層透水性較差,大氣降水大部分沿坡面匯入溝槽排走,少部分順節(jié)理裂隙入滲補(bǔ)充為地下水。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為基巖裂隙水,次為第四系松散土層孔隙潛水。通過對(duì)相同地層、同類環(huán)境條件的工程類比,本段采用大氣降水入滲系數(shù)法對(duì)隧道涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè),涌水量值為6350m3/d,推斷豐水期為枯水期流量的 2倍,長(zhǎng)洪嶺隧道預(yù)測(cè)隧道最大涌水量為 12700m3/d。

2 施工工藝

1)總體施工方案選擇。斜井進(jìn)正洞后,根據(jù)施工任務(wù)劃分,按進(jìn)出口方向雙頭掘進(jìn)的要求組織施工,在斜井轉(zhuǎn)正洞展開施工后,先期開挖出口方向約 40m,然后利用加工改造后的斜井臺(tái)架繼續(xù)反向開挖進(jìn)口方向,并在已支護(hù)好的 30m正洞段加工正洞全斷面開挖臺(tái)架,為進(jìn)、出口方向全斷面開挖創(chuàng)造條件,根據(jù)總體施工任務(wù)分配,以進(jìn)口方向?yàn)橹鏖_挖方向。2)施工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)對(duì)措施見表1。

3 施工方法及組織

3.1 開挖施工方法

按進(jìn)、出口方向雙頭掘進(jìn)的要求,為方便施工及通風(fēng),經(jīng)調(diào)整,將斜井與正洞左線斜交 74°改為正交,交叉口斜井按平坡設(shè)置施工,進(jìn)入正洞后導(dǎo)洞施工及支護(hù)仍按斜井開挖斷面進(jìn)行,開挖時(shí)按照斜井與正洞交角逐步轉(zhuǎn)變開挖方向。1)交叉口轉(zhuǎn)車道導(dǎo)坑開挖,在交叉口正洞 8m范圍,按出碴車、裝載機(jī)、斜井開挖臺(tái)架作業(yè)尺寸要求,采用導(dǎo)坑法開挖轉(zhuǎn)車道,轉(zhuǎn)車道開挖斷面及支護(hù)參數(shù)與斜井保持一致,便于利用原斜井臺(tái)架組織施工;2)通過改造原斜井開挖臺(tái)架,開挖出口方向 22m左導(dǎo)坑,施作臨時(shí)支護(hù),開挖過程中嚴(yán)格按照一開挖一支護(hù)的要求及時(shí)施作臨時(shí)支護(hù);3)最后10m由導(dǎo)坑法斷面逐漸過渡至全斷面,并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行支護(hù);4)反向開挖左側(cè)及交叉口剩余部分,交叉口開挖支護(hù)施工期間,在正洞底已支護(hù)好的 30m范圍拼裝正洞全斷面開挖臺(tái)架,開挖臺(tái)架拼裝完成后,向進(jìn)口方向開始全斷面開挖。第二臺(tái)開挖臺(tái)架完成后即可進(jìn)行出口方向開挖施工。

表1 施工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)對(duì)措施

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

斜井進(jìn)正洞前,先在距離交叉口 100左右采用 TSP203p lus超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行一次中長(zhǎng)距離的地質(zhì)預(yù)報(bào),提前對(duì)地下水、軟弱巖層帶進(jìn)行預(yù)報(bào),以便施工中采取應(yīng)對(duì)措施,及時(shí)調(diào)整施工方案。施工中,每循環(huán)開挖時(shí)采用 5m鉆桿在隧道拱部和兩側(cè)拱腰、兩側(cè)邊墻各鉆一個(gè)探測(cè)孔,當(dāng)鉆孔出現(xiàn)不良地質(zhì)征兆時(shí),可以及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

3.3 斜井交叉段轉(zhuǎn)正洞施工

1)導(dǎo)坑法開挖轉(zhuǎn)車道。在斜井開挖支護(hù)至與正洞相交時(shí),開始開挖交叉口轉(zhuǎn)車道,轉(zhuǎn)車道在正洞 8m范圍內(nèi)完成,為保證交叉口段施工安全,導(dǎo)坑開挖與斜井保持一致。斜井底 10m支護(hù)在原設(shè)計(jì)支護(hù)條件下增加鋼拱架加強(qiáng)支護(hù),轉(zhuǎn)車道長(zhǎng)度按 18m考慮,該段按開挖方向由與正洞正交逐漸向出口方向轉(zhuǎn)向,利用斜井開挖臺(tái)架施工,臨時(shí)支護(hù)采用噴C 25混凝土5cm～10cm厚,并視圍巖情況適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)。2)出口方向左導(dǎo)坑分部開挖、臨時(shí)支護(hù)施作。通過改造原斜井開挖臺(tái)架,開挖出口方向開挖 22m左導(dǎo)坑。臺(tái)架改造采用在原架基礎(chǔ)上加設(shè)棚架的形式進(jìn)行,棚架高度根據(jù)正洞開挖斷面要求可靈活調(diào)整,棚架與原臺(tái)架用套管進(jìn)行連接加固,對(duì)原開挖臺(tái)架不需作大的改造,既能滿足開挖尺寸的要求,又可以靈活移動(dòng)。導(dǎo)坑線路方向左側(cè)初期支護(hù)只能做邊墻部分,按設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)施作錨桿、網(wǎng)片、初噴混凝土。導(dǎo)坑右側(cè)直墻采用噴 C25混凝土臨時(shí)支護(hù),厚度 5cm～10cm,并視圍巖情況適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù),臨時(shí)支護(hù)在施工右導(dǎo)坑時(shí)再予以挖除。3)左導(dǎo)坑開挖調(diào)整至全斷面、反向開挖右導(dǎo)坑。全斷面調(diào)整里程在向出口方向開挖 40m后,利用斜井改造后臺(tái)架,由左導(dǎo)坑向右側(cè)反向擴(kuò)挖,逐步與左導(dǎo)洞形成正洞標(biāo)準(zhǔn)全斷面,右導(dǎo)洞開挖時(shí)初期支護(hù)與左導(dǎo)洞閉合成環(huán),之后嚴(yán)格按正洞設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行初期支護(hù)。4)交叉口開挖。形成正洞全斷面開挖后利用改造臺(tái)架開挖交叉口剩余 8m,交叉口開挖支護(hù)施工期間,在已支護(hù)好正洞約 30m范圍拼裝正洞全斷面開挖臺(tái)架,在開挖臺(tái)架拼裝完畢后,向進(jìn)口方向開始全斷面開挖,第二臺(tái)開挖臺(tái)架完成后立即投入出口方向開挖施工,即完成交叉口段開挖支護(hù)。

3.4 導(dǎo)坑開挖爆破

導(dǎo)坑開挖采用光面爆破,根據(jù)圍巖特點(diǎn)合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線,輔助炮眼交錯(cuò)均勻布置,周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上,掏槽炮眼加深 20cm。嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量,采用間隔裝藥,使藥量沿炮眼全長(zhǎng)均勻分布。

3.5 襯砌模板臺(tái)車拼裝施工

在出口方向開挖距離交叉口約 60m時(shí),開始拼裝進(jìn)口方向噴漿、防水板、襯砌模板臺(tái)車,然后再拼裝出口方向開挖、噴漿、防水板、襯砌臺(tái)車。臺(tái)車拼裝期間為避免施工干擾,應(yīng)暫停出口方向開挖。

4 洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)

1)加強(qiáng)交叉段圍巖監(jiān)控量測(cè),按要求頻次采集數(shù)據(jù),及時(shí)分析,為施工提供指導(dǎo)意見。考慮到交叉段施工工序繁雜,作業(yè)空間小,人員較多,提前對(duì)施工人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn),明晰作業(yè)流程及安全要求。2)在交叉段施工前后,安排專職安全員,定期對(duì)洞內(nèi)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行監(jiān)控、登記臺(tái)賬,及時(shí)比對(duì)。重點(diǎn)對(duì)初支表面開裂、明顯沉降、滲漏水情況進(jìn)行監(jiān)控,提前預(yù)警,以便提前采取措施。

5 結(jié)語

1)交叉口施工時(shí)在支護(hù)系統(tǒng)未封閉成環(huán)前嚴(yán)禁盲目擴(kuò)挖,以免形成較大臨空面,造成支護(hù)困難,人為增加不安全因素。2)交叉口施工時(shí)左導(dǎo)坑開挖后,反向開挖右導(dǎo)坑并調(diào)整至全斷面施工時(shí),可根據(jù)圍巖情況靈活調(diào)整施工順序。當(dāng)圍巖較好時(shí)可將臺(tái)架退至交叉口按左導(dǎo)坑施工方法開挖右導(dǎo)坑,提前實(shí)現(xiàn)全斷面開挖,同時(shí)人員、機(jī)械可利用斜井空間,活動(dòng)方便,遇到特殊情況便于人員撤離。3)交叉口工序轉(zhuǎn)換頻繁,作業(yè)空間小,人員、機(jī)械較多,施工前需對(duì)施工人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn),明確作業(yè)流程及安全要求,做到有備無患。4)施工前編制防坍塌應(yīng)急預(yù)案,準(zhǔn)備應(yīng)急救援物資,施工中安排專職安全人員全過程跟蹤,觀察掌子面及已支護(hù)地段圍巖變形情況,發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)及時(shí)撤出作業(yè)人員,并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

[1] 溫利強(qiáng).軟弱圍巖大跨隧道施工技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(13):298-299.