塊石土隧道斜井進(jìn)正洞挑頂施工技術(shù)

武曉東 程 裕 和鋒剛

1 工程概況

排前2號(hào)隧道斜井位于線路右側(cè)一山坳處,斜井全長(zhǎng)131 m,主要為13%下坡,設(shè)計(jì)在 DK127+076與線路60°相交,如圖1所示,斜井XDK0+60～XDK0+131位于塊石土圍巖,圍巖以粉質(zhì)黏土夾雜石灰?guī)r,塊石直徑從35cm～150cm不等。在斜井掘進(jìn)過(guò)程中,圍巖坍落掉塊現(xiàn)象較多,圍巖穩(wěn)定性差,斜井開(kāi)挖寬為5.5 m,高度6.42 m,設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí),如開(kāi)挖跨度過(guò)大,容易引起塌方;斜井距正洞25 m處開(kāi)始采用Ⅴ級(jí)加強(qiáng)襯砌斷面。

2 斜井轉(zhuǎn)入正洞施工技術(shù)

2.1 施工難點(diǎn)

排前2號(hào)隧道斜井與正洞交匯段位于塊石土圍巖中,圍巖坍落掉塊現(xiàn)象較多,圍巖穩(wěn)定性差,如開(kāi)挖跨度過(guò)大,容易引起頂部塌方,危及人身安全;同時(shí),為了保證將來(lái)運(yùn)輸車輛的行駛便利,施作了小喇叭口,喇叭口的施工增大了開(kāi)挖斷面,給施工安全帶來(lái)了隱患。另外,正洞拱頂比斜井拱頂高約2.9 m,斜井喇叭口沿正洞走向跨度達(dá)到9 m,開(kāi)挖寬度達(dá)13 m,斜井口部型鋼拱架將承受來(lái)自圍巖及正洞鋼架的壓力,因此加強(qiáng)口部支護(hù)及保證喇叭口處圍巖的穩(wěn)定是交叉口施工的關(guān)鍵所在。

2.2 施工步驟

1)在斜井開(kāi)挖到距離正洞邊緣2.5 m處后,開(kāi)始向正洞方向扇形轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化過(guò)程中逐步擴(kuò)大開(kāi)挖斷面,形成喇叭口。2)斜井與正洞交匯處加強(qiáng)鋼架設(shè)立,該鋼架既是斜井本身的支護(hù)手段,也承受該區(qū)域正洞鋼架傳遞的荷載。3)斜井至正洞過(guò)渡段支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后,用砂袋回填喇叭口施工帶來(lái)的超挖坑道,保證挑頂導(dǎo)洞施工中的圍巖穩(wěn)定。4)采用門架式爬坡導(dǎo)洞法進(jìn)入正洞頂部,初支成型后向兩方向掘進(jìn),逐步形成三臺(tái)階開(kāi)挖。

3 施工組織實(shí)施

3.1 斜井轉(zhuǎn)化段及喇叭口施工

在距離正洞邊界2.5 m處(斜井中線里程),采用六榀Ⅰ18工字鋼完成斜交到正交的過(guò)渡。結(jié)合塊石土圍巖情況,擬采用扇形過(guò)渡的方式[1]。鋼架過(guò)渡方案如下:鋼架中心拱頂間距60cm,每榀(次)鋼架轉(zhuǎn)向近5°,共 6榀完成 30°的轉(zhuǎn)向,C25噴混凝土厚25cm;φ 8mm 雙層鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格25cm×25cm;Φ 22mm 縱向連接筋,環(huán)向間距1 m;砂漿錨桿 L=3 m,1 m×1 m,梅花形布置,每榀設(shè)17根;φ 42mm 鎖腳錨管,L=4 m,每榀設(shè) 8 根;φ 42mm 鋼管超前小導(dǎo)管,環(huán)形間距40cm,L=3.5 m,每環(huán)設(shè)21根,縱向間距2 m。

斜井與正洞交匯處鋼架不僅是斜井本身的支護(hù)手段,同時(shí)也承受該區(qū)域正洞鋼架傳遞的荷載。該區(qū)域鋼架跨度大、受力復(fù)雜,只有提高支護(hù)強(qiáng)度才能有效抑制圍巖變形,因此,在斜井與正洞交叉口段,設(shè)立兩榀Ⅰ25a型鋼拱形鋼架[2-6],鋼架法線與正洞中心線垂直,在此型鋼鋼架上焊接Ⅰ25a型鋼橫梁,并在橫梁兩端螺栓連接Ⅰ25a型鋼立柱,為正洞鋼架提供落腳平臺(tái),正洞仰拱鋼架連接在斜井仰拱預(yù)埋的Ⅰ25a型鋼上,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 喇叭口處施工安全技術(shù)措施

喇叭口施工時(shí),門架設(shè)立帶來(lái)了較大的開(kāi)挖面,同時(shí)此種圍巖下,容易形成超挖,最寬處達(dá)到13 m,縱向 2 m的臨空面,雖然交匯處鋼架成功設(shè)立,但較大開(kāi)挖臨空面給下一步正洞挑頂施工帶來(lái)了安全隱患,嚴(yán)重危及施工安全。對(duì)門架兩側(cè)的超挖坑道采用砂袋堆碼臨時(shí)回填并進(jìn)行了噴混凝土防護(hù),使暴露臨空面僅為導(dǎo)洞口大小,有效的保證了下一步正洞挑頂?shù)陌踩┕ぁ?shí)踐表明對(duì)于塊石土圍巖,有效控制開(kāi)挖臨空面和做好超前支護(hù)是保證安全施工的前提。

3.3 正洞上導(dǎo)坑門架挑頂施工

喇叭口處門架設(shè)立并回填超挖坑道后,采用小導(dǎo)坑門框式鋼架爬坡進(jìn)入正洞洞身,于正洞中線處達(dá)到正洞拱頂高程,施工中門框頂梁按正洞支護(hù)外弧控制并預(yù)留15cm變形量,門框頂橫梁將作為永久支護(hù)考慮,擴(kuò)挖至正洞上臺(tái)階標(biāo)準(zhǔn)斷面后安裝正洞鋼架。

在斜井至正洞過(guò)渡段臨時(shí)棚架支護(hù)完成后,施作正洞上導(dǎo)挑頂段初期支護(hù)。正洞鋼架直接安設(shè)于棚架橫梁底部,正洞鋼架支護(hù)拱腳一側(cè)坐于上臺(tái)階底面,另一側(cè)坐于工字鋼縱梁頂。

3.4 正洞交匯段仰拱施工

保證正洞與斜井交匯段的結(jié)構(gòu)安全,交匯段正洞上臺(tái)階拱部錨噴支護(hù)到位后,先向正洞大里程方向,沿上臺(tái)階拱部開(kāi)挖輪廓線打設(shè)單層超前注漿小導(dǎo)管,L=3.5 m,環(huán)向間距40cm,開(kāi)挖采用弱爆破、短進(jìn)尺,循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8 m以內(nèi)。待正洞形成三臺(tái)階施工平臺(tái),交叉口部正洞下部鋼架落底后,封閉掌子面。然后采用相同方法進(jìn)行小里程方向施工,直至小里程形成三臺(tái)階施工平臺(tái)后,停止掘進(jìn),施作交叉口部正洞仰拱,使支護(hù)及早成環(huán),穩(wěn)定交叉口的圍巖應(yīng)力變化,確保結(jié)構(gòu)安全。

3.5 監(jiān)控量測(cè)

排前2號(hào)隧道斜井與正洞交匯段處,應(yīng)力集中點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。為了更好掌握圍巖變化情況,施工監(jiān)控量測(cè)方案和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施尤為重要。在斜井向正洞轉(zhuǎn)換施工過(guò)程中,尤其重視監(jiān)控量測(cè)工作。該段施工過(guò)程中,拱頂沉降量測(cè)采用貼反射膜片配合全站儀量測(cè),水平收斂采用JSS30A型數(shù)顯收斂計(jì)進(jìn)行量測(cè)。該段施工量測(cè)結(jié)果表明:圍巖穩(wěn)定后,隧道拱頂沉降最大值9.3cm,水平收斂最大值8.0cm,整個(gè)施工過(guò)程中處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

排前2號(hào)隧道斜井與正洞交叉口施工,采用扇形過(guò)渡、設(shè)置喇叭口、正洞門架挑頂施工的方法,成功實(shí)現(xiàn)了塊石土圍巖下斜井到正洞的安全轉(zhuǎn)化,預(yù)防了隧道塌方,為在塊石土地段進(jìn)行斜井到正洞的轉(zhuǎn)化施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)本次施工,表明塊石土圍巖下,控制開(kāi)挖臨空面是保證安全施工的前提,塊石土圍巖下隧道交叉口施工有如下幾點(diǎn)建議:

1)排前2號(hào)隧道斜井交叉口隧道施工于2009年11月4日仰拱澆筑完成,現(xiàn)在已安全通行7個(gè)月,實(shí)踐證明挑頂施工方案在塊石土圍巖下隧道交叉口施工是安全可行的。

2)隧道交匯段施工中應(yīng)盡可能減小開(kāi)挖面,控制開(kāi)挖進(jìn)尺,以減小大塊石的掉落,造成塌方;隧道施工中要及時(shí)進(jìn)行初次支護(hù),并確保噴射混凝土質(zhì)量。

3)交叉段施工中要及早施工底拱,以形成封閉的支護(hù)圈體系,保證運(yùn)輸咽喉的安全。

4)同時(shí),為使斜井順利向正洞過(guò)渡,減小正洞挑頂施工的難度,保證施工中的通風(fēng)順暢,在接近正洞時(shí)應(yīng)逐步抬升斜井高程,使斜井到達(dá)正洞時(shí)拱頂與正洞拱頂順接。

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