單線鐵路黃土隧道斜井進正洞施工技術

摘 要 通過石咀山隧道斜井進正洞的施工，本文總結了黃土隧道斜井進正洞施工中應該注意的一些問題，為以后此類地質條件下的隧道斜井進正洞施工積累經驗。

關鍵詞 黃土隧道 斜井 挑梁施工

一、工程概況

石咀山隧道位于陜西省寶雞市招賢鎮境內，為寶雞至麟游礦區運煤專用線的重點隧道工程，設計為單線鐵路，內燃預留電氣化條件。隧道穿越低中山區，黃土沖溝發育，地形起伏大，高程1285m～1540m。隧道里程范圍DK69+870～DK75+160，全長5290m。Ⅳ圍巖長度4080m；Ⅴ級圍巖長度1190m，明洞20m。石咀山隧道斜井位于線路左側溝內，與線路交于DK72+000屬Ⅴ級黃土段，與線路平面交角40°00'00“，縱坡12%，與正洞相交處過渡到2%縱坡。斜井長461.88m，按非永久工程設計。巖性為新黃土，中部為老黃土，下部是砂巖、礫巖，主要為風化裂隙水，斜井施工在裂隙及巖層接觸帶可能出現涌水現象，預測正常涌水量為448m3/d，最大涌水量為1344m3/d。

二、施工方案確定

為了能達到安全進正洞，并在較短時間內形成正洞施工能力的效果，采用斜井挑頂法施工，即在斜井與正洞交匯處，以高5米寬6米斜井沿正洞拱頂開挖輪廓線斜向挑頂開挖，斜井開挖采用短臺階法施工，斜井與正洞交匯斜井段采用漸變支護，采用8榀I18a工字鋼架過渡，完成由垂直于斜井中線到平行于正洞中線，斜井與正洞交叉口段以0.5m間距架立I18a異型鋼鋼架，保證相交地段三維受力狀態圍巖的穩定。在此型鋼鋼架上焊接I20a型鋼橫梁，并在橫梁兩端螺栓連接I20a型鋼立柱，為正洞鋼架提供落腳平臺。待挑頂段支護完成后，沿正洞正反向進行掘進施工。

三、過渡段的施工

在斜井施工到DK00+12時開始安裝變斷面鋼拱架，按扇形布置由斜交40°00'00”漸變到與正洞初期支護鋼拱架正交，便于延正洞方向安裝托梁。此段初期支護采用I18a異型鋼鋼架，系統錨桿3.5m，1m間距梅花形布置，并全斷面掛Φ6鋼筋網片，超前支護Φ42小導管注漿。鋼架每側設4根Φ42鎖腳錨管，并注漿，鎖腳錨管長4m，與鋼架焊接牢固。噴射混凝土厚23cm。每3榀鋼架使用Φ28螺紋鋼焊接連接，使得鋼架穩固，避免失穩。

斜井過渡段采用段臺階法施工，臺階長度控制在2m～4m，當斜井施工至與正洞邊墻開挖輪廓線垂直距離2m處，斜井與正洞掘進方向改為垂直于正洞線路方向開挖。見圖1

圖1 斜井進正洞平面圖

開挖至與正洞邊墻相交斷面后停止斜井開挖，斜井與正洞邊墻交界面采用2榀Ⅰ18鋼架并排焊牢加強支護，加強鋼架同時作為正洞上臺階一側鋼架支撐點。此兩榀加強拱架由兩下部城門形拱架及上部托梁兩部分組成。安裝下部的城門形拱架，待城門形拱架邊墻噴射砼（頂部待安裝托梁處不噴砼）結束6小時后，開挖頂部，安裝焊連托梁、噴砼施工。加強鋼架連接筋調整至拱架內側，并預留50cm，待主洞上臺階立拱時通過焊接加長、彎曲使之與主洞連接筋焊在一起。加強鋼架上部托梁同時作為正洞上臺階右側鋼架支撐點。

四、斜井進正洞開挖、支護

首先，根據測量放樣人工鉆爆法斜向上向正洞開挖，每循環進尺0.5～1m，開挖斷面為3×4m的方形導坑，每開挖一循環及時施做棚架支護，間距0.5m，邊墻設3.0m錨桿，棚架間采用φ25鋼筋縱向連接，噴C20混凝土23cm，形成臨時支護體系。同時根據三臺階法的施工順序，斜井段的下臺階及時跟進，平行作業，見圖2。

圖2 斜井進入正洞臨時支護圖

接著，在斜井段的上臺階上先施做套拱拱部Ⅰ18鋼架，其拱頂高度與原斜井高度一致，鋼架間距0.5m/榀，系統錨桿3.5m/根1.0×1.0m梅花形布置，掛φ8鋼筋網片。套拱與過渡段已做的臨時支護間空隙采用扇形支撐支護，噴射C20混凝土至平整。斜井至正洞過渡段上半斷面套拱支護完畢后，及時施工下半斷面支護，并施做該段仰拱，使支護閉合成環。

在斜井至正洞過渡段結構支護完成后，施做正洞上導挑梁段初期支護。該段初期支護拱腳一側連接在上臺階底面，另一側連接在工字鋼縱梁頂，初期支護全斷面采用Ⅰ18號工字鋼架，鋼架間距0.5m/榀，拱頂、邊墻采用系統錨桿3.5m/根，1間距m梅花形布置，拱腳每側增設4根4m鎖腳錨管，鎖腳錨管與鋼架焊接牢固。工字鋼架與棚架支護間噴射C20混凝土回填密實。初期支護與工字鋼托梁采用焊接牢固。

正洞施工采用三臺階法。在拆除棚架支護的豎向立柱后，上臺階向寶雞、麟游方向間隔循環施工，跨過斜井5m，上臺階長度達10m，開始中臺階開挖，接邊墻鋼架形成正洞臺階法施工，中臺階長度達10m后，開始下臺階施工。正洞兩側三臺階形成后，在拱墻初期支護施工完成25m時，開挖仰拱，安裝仰拱鋼架，進行仰拱、鋪底混凝土施工，使初期支護盡早閉合、環構成穩固的支護體系。當朝寶雞、麟游方向仰拱分別施工到30m時，三臺階施工改為上下臺階施工。

五、監控量測

表1 監控量測儀器表

隧道每個量測斷面各布置一個拱頂下沉測點，上下臺階各設一條水平凈空收斂量測基線，在分析收斂變形速率時，應將10mm/d和20mm/d作為控制節點，當變形速率達到10mm/d應提供觀測密度，派專人不間斷觀察觀測，如若變形速率進一步加大應考慮加強支護。當變形速率達到20mm/d應立即停止施工檢查失穩原。見表1。

六、勞動組織

施工人員應結合施工方案、機械、人員組合、工期要求合理配置。見表2、3。

表2 斜井進正洞段施工人員配置

七、設備機具配置

表3 主要施工機械設備配置表

八、施工后的體會

由于斜井與正洞交叉口特殊的結構形狀，隧道開挖后臨空面大、跨度大，巖體的應力分布發生很大變化，在斜井與正洞相交的銳角側出現應力集中，而且支護結構在此處不閉合，形成了偏壓，不利于隧道圍巖的穩定。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，對隧道斜井與正洞相交處的穩定起關鍵作用。在本隧道的施工中，當斜井施工至與正洞邊墻開挖輪廓線垂直距離2m處，斜井與正洞的掘進方向改為垂直于正洞線路方向開挖。這樣不僅改善了銳角側的應力集中現象，還增大了車輛進出時的轉彎半徑，便于車輛出入。