隧道斜井進(jìn)正洞施工方案研究

趙 廣 平

(中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司，廣西 南寧 530003)

隧道斜井進(jìn)正洞施工方案研究

趙 廣 平

(中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司，廣西 南寧 530003)

對目前各類斜井進(jìn)正洞施工方案進(jìn)行了研究，分析了施工方案中存在的優(yōu)缺點，推薦了建議施工方案，對方案中缺點提出了改進(jìn)措施，并通過工程實例驗證了改進(jìn)措施的安全性和適用性，推動了該施工方案的技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。

隧道，斜井，進(jìn)正洞，方案

0 引言

隧道斜井進(jìn)正洞方案前人對這方面已有較多的研究,有黃土地質(zhì)、千枚巖地質(zhì)等不同地質(zhì)條件；斜井與正洞夾角有垂直和斜交等不同角度；斜井進(jìn)入正洞后設(shè)計的施工方法也不同，有全斷面、臺階法等。但通過對施工方案分析，方案研究與制定主要涉及以下幾個方面：斜井進(jìn)正洞洞口加固方案、正洞拱架與斜井拱架連接方案、挑頂過渡導(dǎo)坑施工方案等幾個關(guān)鍵方案。通過對這些方案的對比分析，發(fā)現(xiàn)方案中存在許多缺點和問題需要改進(jìn)，如門架落腳平臺設(shè)置、挑頂導(dǎo)坑形式等。本文主要針對方案中存在的這些問題進(jìn)行研究和探討，并提出了改進(jìn)措施，對今后該類工程施工具有重要的參考借鑒價值。

1 斜井進(jìn)正洞施工方案現(xiàn)狀分析

目前采用的斜井進(jìn)正洞施工方案主要有以下兩大類：垂直挑頂、斜向挑頂，每種類型進(jìn)洞采用的施工措施也有所不同，詳細(xì)分析如下。

1.1 垂直挑頂

所謂垂直挑頂,就是斜井開挖接近正洞交界里程后,逐步抬高拱頂高程；先以垂直正洞線路中線的方式采用小導(dǎo)坑挑頂進(jìn)入正洞，在小導(dǎo)坑臨時支護(hù)的保護(hù)下，施工正洞上臺階,再依次施工正洞中、下臺階斷面，完成斜井交叉口挑頂施工，轉(zhuǎn)換成正洞設(shè)計的正常施工工序。通過研究分析，目前垂直挑頂施工方法的差異主要體現(xiàn)在：垂直挑頂進(jìn)洞導(dǎo)坑斷面及支護(hù)形式，斜井與正洞交叉口加固方式，正洞拱架與斜井鏈接方式等幾個方面，詳細(xì)分析如下：

1)方法一：大包法[1]。即斜井距正洞適當(dāng)距離后，以斜井?dāng)嗝鏋閷?dǎo)坑斷面垂直正洞中線向上爬坡挑頂，斜井開挖支護(hù)外輪廓超出正洞約1 m，導(dǎo)坑開挖支護(hù)完成后，在導(dǎo)坑內(nèi)進(jìn)行正洞上臺階超前支護(hù)及開挖施工，完成斜井轉(zhuǎn)正洞工序轉(zhuǎn)換，施工示意圖詳見圖1。

2)方法二：弧形導(dǎo)坑垂直挑頂進(jìn)正洞[2-9]。即當(dāng)斜井施工到正洞側(cè)邊時，從斜井上臺階沿正洞上臺階外輪廓線開挖一個垂直于線路方向的弧形導(dǎo)坑，在導(dǎo)坑初支的保護(hù)下施作導(dǎo)坑內(nèi)正洞初期支護(hù)，然后向正洞大小里程交替開挖支護(hù)各臺階，逐步過渡到正洞正常施工方案。

過渡導(dǎo)坑挑頂采用棚架支護(hù)，人工搭設(shè)簡易鉆爆作業(yè)平臺鉆爆，斜井與正洞交界面采用門型拱架加強(qiáng)，正洞設(shè)直拱架與斜井拱架進(jìn)行搭接，正洞直拱架與門架托梁連接；過渡導(dǎo)坑采用Ⅰ18型鋼矩形門架進(jìn)行支護(hù)，門架腿依據(jù)現(xiàn)場導(dǎo)坑高度截取，導(dǎo)坑拱頂凈空按正洞初期支護(hù)外輪廓準(zhǔn)確控制，施工示意圖詳見圖2，門架示意圖詳見圖3。垂直挑頂施工方案分析詳見表1。

表1 導(dǎo)坑垂直挑頂施工方法比較

方案綜合評價：

優(yōu)點：正洞初支、二襯能及時閉合成環(huán)，安全性高；挑頂路線短，降低了施工風(fēng)險；臨時支護(hù)少，拆除工作量小，費用少；上臺階形成后，可根據(jù)圍巖情況采用三臺階、上下臺階、全斷面等施工方法施工，工序轉(zhuǎn)換靈活、速度快，適用于各類圍巖。

缺點：1)門架安裝超挖回填大，不經(jīng)濟(jì)：門型鋼架設(shè)立需對斜井拱部圍巖進(jìn)行擴(kuò)挖，如圖4所示：門架為矩形豎直平面，而斜井與正洞相貫形成的相貫線為凹向正洞弧形，為正洞拱墻輪廓線的一部分，如果要架設(shè)門架，就必須對突出門架豎直面外的圍巖進(jìn)行擴(kuò)挖修正，擴(kuò)挖時容易形成較大超挖，超挖部分二襯施工時需用混凝土回填；2)安全隱患大：門架施工時開挖面大，并且門架頂部為水平開挖面，開挖面穩(wěn)定性差，并且容易形成應(yīng)力集中；正洞與門架相連的拱架由弧形改為平直段，減弱了原結(jié)構(gòu)受力形式；門架安裝需多次擴(kuò)挖擾動圍巖，特別在交叉口段，圍巖受力復(fù)雜，更不利于施工安全；3)施工時間長：門架安裝需多次開挖、支護(hù)、修正，門架的設(shè)立時間較長;4)洞口形式不美觀，外觀效果差：施工后斜井與正洞交界面不圓順，存在較大棱角。

綜合評價：該方法主要適用于Ⅲ偏差、Ⅳ級、Ⅴ級圍巖地質(zhì)條件，施工安全、快速，但需要對存在的缺點進(jìn)行改進(jìn)。

1.2 斜向挑頂[10,11]

斜井施工至與正洞交界后，先進(jìn)行洞口加固，然后采用爬坡小導(dǎo)坑逐步開挖至正洞拱頂高程，繼續(xù)以小導(dǎo)坑斷面向前施工至預(yù)定位置后，先反向擴(kuò)挖導(dǎo)坑形成正洞上臺階斷面，再從斜井口開挖正洞下臺階，交叉口段正洞全斷面或上下臺階形成后，組裝正洞開挖臺架，完成斜井進(jìn)正洞施工轉(zhuǎn)換。施工示意圖詳見圖5。

方案綜合評價：優(yōu)缺點分析：爬坡導(dǎo)坑距離長，致使正洞初支和二襯不能及時成環(huán)、安全隱患大；導(dǎo)坑需要多次擴(kuò)挖才能形成正洞斷面，開挖過程需要根據(jù)圍巖情況進(jìn)行臨時支護(hù)，拆除工作量大、成本浪費大；爬坡導(dǎo)坑空間狹小、線路長、坡度大、機(jī)械設(shè)備利用效率低，特別是開挖作業(yè)臺架需要經(jīng)常維修改造，工效差；施工靈活性差，由于圍巖地質(zhì)條件具有不可預(yù)見性，分部開挖時因局部圍巖差需加強(qiáng)支護(hù)或改變施工工藝時,需對已支護(hù)段進(jìn)行返工,重新開挖支護(hù)。

綜合評價：該方案需要多次開挖和支護(hù)，拆除工作量大，工序復(fù)雜、安全隱患大、工效低、施工成本高、工期長，此方案效能差，主要適用于圍巖特別好的Ⅱ，Ⅲ級圍巖且無水的地質(zhì)條件。

2 建議方案及改進(jìn)措施

通過上述對目前斜井進(jìn)正洞施工方案分析，建議采用垂直挑頂?shù)牡诙N施工方法，但該方法采用門架作為正洞拱架落腳平臺，門架開挖存在安全、受力、外觀等缺點和隱患，需對其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，經(jīng)過認(rèn)真分析和研究，門架優(yōu)化和改進(jìn)措施如下。

2.1 正洞拱架落腳平臺改進(jìn)

取消門架，利用斜井拱架提供正洞拱架落腳平臺，施工方法如下：加強(qiáng)斜井與正洞連接處斜井拱架，一般采用2榀～3榀Ⅰ20b以上工鋼焊接成整體進(jìn)行加強(qiáng)，并在靠近正洞一側(cè)鋼架拱部側(cè)面焊接連接鋼板，鋼板中心間距為正洞拱架間距。正洞上臺階安裝拱架前，先在鋼板上焊接懸挑工鋼，懸挑工鋼型號同斜井加強(qiáng)拱架，正洞拱架落腳平臺設(shè)置示意圖詳見圖6,圖7。

施工注意事項：連接鋼板采用厚14 mm鋼板加工，鋼板與拱架之間空隙用鋼板或角鋼焊接固定，拱架與連接鋼板在洞外加工廠加工，由測量人員放線，確保拱架平整度及各連接接頭位置準(zhǔn)確、焊接質(zhì)量合格。

2.2 挑頂過渡導(dǎo)坑施工

挑頂過渡導(dǎo)坑建議采用高4 m×寬4 m的矩形斷面結(jié)構(gòu)，如圖8所示，圖中陰影部分即為過渡導(dǎo)坑；過渡導(dǎo)坑采用Ⅰ18工字鋼門形鋼架(門形鋼架如圖9所示)，支護(hù)參數(shù)可根據(jù)實際圍巖情況進(jìn)行調(diào)整。

施工注意事項：

1)過渡導(dǎo)坑開挖斷面設(shè)計時應(yīng)考慮預(yù)留變形量和導(dǎo)坑臨時支護(hù)厚度，即導(dǎo)坑拱部初支不能侵入正洞開挖斷面，防止正洞安裝拱架時凈空不足。

2)導(dǎo)坑邊墻拱架高度可根據(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，防止拱腳懸空。

2.3 挑頂段正洞上臺階施工及正洞施工工序轉(zhuǎn)換

在過渡導(dǎo)坑內(nèi)進(jìn)行正洞上臺階開挖修整,形成正洞上臺階標(biāo)準(zhǔn)開挖斷面，并施工上臺階初期支護(hù)；然后根據(jù)正洞設(shè)計開挖支護(hù)方案，逐步轉(zhuǎn)為正洞正常施工工序。施工內(nèi)容及注意事項如下：

1)導(dǎo)坑內(nèi)正洞上臺階拱架安裝：安裝正洞拱架前先安裝正洞拱架落腳懸挑工鋼平臺，工鋼長度通過計算在現(xiàn)場截取，并與斜井拱架預(yù)留的連接鋼板焊接固定；斜井口一側(cè)拱架固定在懸挑工鋼頂面，另一端固定于上臺階開挖巖面，拱架安裝后拱腳采用φ50鎖腳錨管，L=4.5 m進(jìn)行固定，每個拱腳左右各一根，初支噴混凝土封閉后對鎖腳錨管進(jìn)行注漿施工(注漿材料：1∶1水泥漿；注漿壓力：0.5 MPa～1.0 MPa)。

2)按照設(shè)計施工正洞系統(tǒng)錨桿，鎖腳及錨桿數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)整并加強(qiáng)。

3)導(dǎo)坑內(nèi)正洞上臺階初期支護(hù)施工完畢，拆除導(dǎo)坑兩側(cè)臨時支護(hù)后向大小里程交替進(jìn)行正洞上臺階施工，并逐步由挑頂施工轉(zhuǎn)換為正洞正常斷面開挖施工。

3 工程實踐

富寧隧道為新建鐵路云桂線(云南段)站前Ⅰ標(biāo)工程，隧道位于云南省文山州富寧縣境內(nèi)，進(jìn)口里程D4K339+026，出口里程D4K352+651，隧道中心里程D4K345+838.5，隧道全長13 625 m。

富寧隧道斜井位于線路左側(cè)，與線路平面交角為90°，交點里程D4K346+721.678。斜井采用無軌運輸雙車道斷面，綜合坡度9.4%，斜井平長645 m。斜井進(jìn)入正洞后為Ⅴ級圍巖，處于可溶巖與非可溶巖接觸帶(D4K346+670～D4K346+800)，圍巖破碎、富水，圍巖地質(zhì)條件較差。

本斜井施工時采用了改進(jìn)后的施工方案，順利地完成了斜井進(jìn)正洞挑頂施工任務(wù)，從斜井開挖至正洞交界處至正洞三臺階形成只用了20 d,安全、快速地完成了斜井進(jìn)正洞工序轉(zhuǎn)換作業(yè)。該斜井交叉口施工效果圖見圖10。

4 結(jié)語

采用懸挑式落腳平臺代替門架，避免了以往門架式落腳平臺設(shè)置時對圍巖的擴(kuò)挖擾動，施工速度快，正洞拱架能及時閉合，安全風(fēng)險小，節(jié)約成本；圍巖及拱架受力結(jié)構(gòu)更加合理，基本上保持了原設(shè)計受力形式，并提高了洞口外觀質(zhì)量；斜井一側(cè)正洞拱腳通過懸挑工鋼、鎖腳錨管、系統(tǒng)錨桿，圍巖注漿等加固措施后，其安全質(zhì)量效果好，能保證施工安全。施工時應(yīng)在懸挑工鋼及交叉口段正洞、斜井圍巖埋設(shè)監(jiān)控量測點，加強(qiáng)交叉口段的監(jiān)控量測，如有異常及時采取應(yīng)對措施。

通過研究分析及有關(guān)工程實踐驗證，采用懸挑工鋼代替門架設(shè)置落腳平臺，挑頂采用矩形小斷面弧形導(dǎo)坑垂直挑頂?shù)氖┕し桨笇Ω骷墖鷰r具有普遍的適用性，挑頂效率高，安全風(fēng)險小，成本節(jié)約，正洞工法轉(zhuǎn)換靈活。該施工方案在類似工程施工中具有較高的推廣和應(yīng)用價值。

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Research on tunnel slant-well pulling construction scheme

Zhao Guangping

(No.4DivisionofChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd,Nanning530003,China)

The paper researches the construction schemes for the slant-well pulling, analyzes the advantages and disadvantages of the construction scheme, recommends the construction scheme, points out some improvement measures according to the disadvantages, and proves the safety and workability of the improvement measures according to the engineering cases, so as to enhance the technical progress and development of the construction scheme.

tunnel, slant-well, pulling hole, scheme

2015-04-24

趙廣平(1978- )，男，工程師

1009-6825(2015)19-0171-03

U455

A