淺談西成客運專線斜井進(jìn)正洞挑頂開挖施工

張 濤， 王 會 年， 楊 芳

(中國水利水電第五工程局有限公司 第二分局，四川 成都 610225)

1 工程概述

西成客運專線福仁山隧道全長13 101.55 m，1#斜井全長1 822 m，隧道范圍內(nèi)平均高程1 200 m，最高高程1 634.1 m。洞身地表起伏較大，地表自然坡度為30°～40°，分布有眾多基巖“V”型侵蝕谷，多為南北向展開，隧道區(qū)域山高坡陡，基巖裸露，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，植被茂密。正洞軌面以上有效凈空面積為92 m2。

該斜井按照臨時工程設(shè)計，設(shè)計斷面為雙車道，凈空尺寸為7.3 m×6.5 m，采用無軌運輸方式。斜16+92～斜18+22段后期作為防災(zāi)救援的避難所。斜井與正洞交點里程為DK163+000，交角45°45′29″，進(jìn)入正洞后承擔(dān)福仁山隧道正洞成都、西安雙向施工。福仁山隧道正洞與1#斜井平面關(guān)系見圖1。斜井能否安全、快速轉(zhuǎn)入正洞施工，是確保福仁山隧道總工期目標(biāo)的關(guān)鍵。

圖1 福仁山隧道正洞與1#斜井平面關(guān)系示意圖

2 斜井進(jìn)正洞挑頂施工方案

2.1 斜井與正洞交叉口處的地質(zhì)情況

斜井與正洞交叉口處的圍巖為弱風(fēng)化變粒巖夾大理巖。變粒巖為灰色、淺灰色，粒狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為石英、長石、云母等。大理巖為乳白色、灰白色、淺灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為方解石、長石等。巖質(zhì)堅硬，為Ⅱ類圍巖。

2.2 施工程序

福仁山1#斜井進(jìn)正洞挑頂采用小導(dǎo)洞法進(jìn)行施工。1#斜井與正洞相交樁號為DK163+000，斜井中線與正洞中線交角為45°45′29″。當(dāng)1#斜井施工至與正洞開挖交界后，利用洞渣墊高地面，以坡度10%上坡挑頂至正洞右線中線設(shè)計輪廓，開挖計算長度為18 m。隨后繼續(xù)以正洞右線中線為導(dǎo)洞中線沿成都方向開挖15 m后，反方向擴(kuò)挖未達(dá)到正洞設(shè)計輪廓部分，并對開挖部分按設(shè)計要求進(jìn)行支護(hù)。然后從斜井井口向西安端施工，完成西安端上臺階開挖及支護(hù)60 m，下臺階開挖支護(hù)50 m。此時正洞已形成作業(yè)空間，利用此空間進(jìn)行正洞開挖臺架的組裝。最后向成都及西安方向采用雙向臺階法施工。斜井進(jìn)正洞平面示意圖見圖2。

2.3 施工步驟

2.3.1 超前地質(zhì)預(yù)報

在斜井進(jìn)正洞前，為了更好地開展斜井進(jìn)正洞的挑頂作業(yè)，對福仁山隧道1#斜井斜17+92～斜18+22段做了超前地質(zhì)預(yù)報工作。采用常規(guī)地質(zhì)法結(jié)合TSP203地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)探明斜井與正洞交叉口段圍巖情況與設(shè)計報告相吻合。從而對后續(xù)施工段的圍巖地質(zhì)情況做到了心中有數(shù)，為下一步施工方案的確定、準(zhǔn)備工作的展開提供了依據(jù)。

圖2 斜井進(jìn)正洞平面示意圖

2.3.2 交叉口斜井范圍施工

交叉口(斜井范圍：圖3中所示的ABCD區(qū)域)準(zhǔn)備進(jìn)正洞前，單獨設(shè)計了10榀異形I16工字鋼架(即圖3中所示的①～⑩)，斜井中線上鋼架間距為97.5 cm，進(jìn)洞左側(cè)鋼架間距為135 cm，右側(cè)鋼架間距為60 cm。鋼架扇形布置。

圖3 交叉口處斜井異形鋼拱架示意圖

斜井全斷面開挖至與正洞相交且不侵入正洞二襯范圍處，按圖3所示尺寸進(jìn)行修整，而后定出托梁、立柱位置。托梁和立柱采用2榀I18工字鋼焊連在一起，并在托梁、立柱內(nèi)套2榀I18型鋼鋼架作為加強(qiáng)環(huán)(即圖3中所示的、異形鋼拱架)。型鋼拱架與托梁立柱之間的連接采用焊接方法，型鋼拱架拱部與托梁之間用I18工字鋼電焊連接，作為支撐。斜井與正洞交叉處的鋼拱架布設(shè)情況見圖4。

圖4 斜井與正洞交叉處鋼拱架布設(shè)圖

2.3.3 爬坡導(dǎo)洞施工

斜井進(jìn)入正洞后所處的圍巖為Ⅱ類圍巖，采用全斷面開挖法，開挖方式見圖5。斜井拱頂設(shè)計高程為694.768 m，正洞右線中線拱頂設(shè)計高程為696.56 m，高差為1.792 m。利用洞渣墊高地面，以坡度10%上坡挑頂至正洞右線中線設(shè)計輪廓，開挖計算長度為18 m。完成爬坡后，導(dǎo)洞中線與正洞右線中線重合。

2.3.4 正洞施工

完成爬坡、達(dá)到正洞右線中線挑頂位置后，按照8 m導(dǎo)洞寬度繼續(xù)向成都端方向開挖15 m，然后反向擴(kuò)挖以達(dá)到上臺階正洞設(shè)計輪廓線，拆除導(dǎo)洞臨時支護(hù)。

擴(kuò)挖部分見圖5中的陰影部分。 接下來對正洞成都端下臺階進(jìn)行正常的開挖。

再由斜井口開始，施作正洞西安方向開挖、支護(hù)，待上臺階開挖完成60 m、下臺階開挖完成50 m后，暫停西安方向開挖，在此作業(yè)面進(jìn)行正洞臺架、臺車等設(shè)備的組裝工作，然后開始正常的雙向開挖支護(hù)。

圖5 斜井進(jìn)正洞爬坡導(dǎo)洞示意圖

2.4 支護(hù)參數(shù)的確定

由于斜井進(jìn)正洞具有一定的交角，而正洞拱架與斜井拱架需要垂直相交才能滿足施工要求。因此，必須對斜井臨近正洞處的拱架進(jìn)行調(diào)整，將斜井鋼架調(diào)整至與正洞線路方向平行的位置。為此，對斜井轉(zhuǎn)入正洞開挖時的初期支護(hù)進(jìn)行了調(diào)整。而且由于正洞和斜井交匯處開挖斷面大，屬隧道重要部位，特別對斜井與正洞開挖輪廓線相交寬度為11.8 m的正洞段進(jìn)行了加強(qiáng)支護(hù)。支護(hù)參數(shù)如下：

(1)斜18+04.53～斜18+16.7段。

斜井鋼架轉(zhuǎn)化成10榀異形鋼架，如圖3所示，將鋼架慢慢調(diào)整至與正洞線路方向平行位置。10榀異形鋼架斜井中線間距為97.5 cm，進(jìn)洞左側(cè)鋼架間距為135 cm，右側(cè)鋼架間距為60 cm，呈扇形布置。在斜18+15.25～斜18+15.56處采用2榀I18的型鋼和托梁、立柱并列布置。噴混凝土：C25噴混凝土，厚23 cm；拱墻鋼筋網(wǎng)：φ8鋼筋，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm；拱墻錨桿：HRB335鋼，B22全螺紋砂漿錨桿，長3 m，環(huán)縱間距為1.2 m×1.2 m；拱墻二襯C30混凝土，厚度為35 cm。

(2)正洞DK162+990.4～163+002.2段。

此段即斜井與正洞開挖輪廓線相交寬度為11.8 m的正洞段。采用異形I18型鋼鋼架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，見圖6。鋼架間距為1 m，鋼架一端落底，另一端支撐在斜井托梁上封閉成環(huán)。噴混凝土：C25混凝土，厚度為25 cm；拱部錨桿：B25 mm×7 mm普通中空錨桿，長2.5 m，環(huán)縱間距為1 m×1.2 m；拱部、邊墻二襯為C30混凝土，厚度為35 cm。

圖6 正洞異形鋼架加強(qiáng)支護(hù)圖

此段正洞設(shè)立了13榀I18異形鋼架加強(qiáng)支護(hù)(圖6)。每榀鋼架由6段工字鋼組成，其中①、②、③、④段工字鋼按照正洞正常設(shè)計鋼架加工，⑤、⑥段工字鋼為半徑12 m，弧長3.695 m的異形弧鋼架，異形鋼架于鋼筋加工廠專門加工完成。每榀鋼架6段工字鋼由M24×65螺栓連接，每榀鋼架間距為1 m，設(shè)B22HRB335鋼筋連接。I18異形鋼架正洞右側(cè)端落底，左側(cè)端架設(shè)在斜井并列的兩榀I18托梁上，采用焊接連接，從而使斜井與正洞交叉口處的支護(hù)封閉成環(huán)，形成完整的支護(hù)體系，為斜井進(jìn)正洞施工的安全提供保障。

(3)挑頂導(dǎo)洞段。

由于挑頂導(dǎo)洞施工段圍巖為弱風(fēng)化變粒巖夾大理巖，巖質(zhì)堅硬，屬于Ⅱ類圍巖，因此，小導(dǎo)洞采用全斷面開挖，支護(hù)參數(shù)如下：拱墻噴C25素混凝土，厚5 cm，根據(jù)圍巖情況在導(dǎo)洞拱部局部區(qū)域設(shè)置B25 mm×7 mm普通中空錨桿，錨桿長度為2.5 m，錨桿環(huán)向間距為1.2 m，縱向間距為1.5 m，既滿足了施工安全的需要，也減少了導(dǎo)洞擴(kuò)挖時的工作強(qiáng)度，并最大程度地節(jié)約了材料消耗，降低了施工成本，提高了施工效率。

3 結(jié) 語

2014年3月9日，福仁山隧道1#斜井進(jìn)入正洞交叉口施工，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用小導(dǎo)洞法轉(zhuǎn)入正洞施工，于3月15日完成了挑頂作業(yè)，用時7 d。通過優(yōu)化調(diào)整設(shè)計參數(shù)，采取加強(qiáng)支護(hù)等措施，實現(xiàn)了斜井安全、簡便、快速地轉(zhuǎn)入正洞施工，取得了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張丕界,林振球,熊安祥.斜井在長大隧道施工中的作用探討[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2003,40(4)：8～14.

[2] 王 鑫.西山特長隧道斜井進(jìn)入正洞交叉口施工技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011,48(4)：122～125.

[3] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2003.