公路隧道斜井轉(zhuǎn)正洞施工技術(shù)

徐陽

(中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司 河南分公司， 河南 鄭州 450000)

近年來，隨著中國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路建設(shè)中出現(xiàn)了一大批特長隧道。施工期長、運營通風(fēng)難是特長公路隧道建設(shè)中的難題。為保證特長公路隧道按期完工，減少后期運營通風(fēng)成本，設(shè)計時一般會考慮增設(shè)斜井或豎井。中國已建成隧道中，斜井設(shè)置較常見。為保證斜井安全快速地進(jìn)入正洞施工，施工支護(hù)方法的選擇尤為關(guān)鍵。該文以華麗(華坪—麗江)高速公路營盤山隧道1號斜井轉(zhuǎn)正洞施工為例，論述斜井在接近與正洞相交里程時漸變?yōu)榕c正洞等高度斷面進(jìn)入正洞施工的方案，為同類隧道轉(zhuǎn)體工程施工提供借鑒。

1 工程概況

營盤山隧道位于云貴高原西緣及西北緣，進(jìn)口位于麗江市華坪縣新莊鄉(xiāng)八德村西側(cè)，出口位于永勝縣仁和鎮(zhèn)打紅村東側(cè)，呈東北-西南走向，設(shè)計為單向雙車道，單線長達(dá)11.31 km，屬特長隧道。是華麗高速公路上重大控制性工程之一，也是云南省第一長公路隧道。該隧道1號送風(fēng)斜井長1 273.45 m，縱坡為11.2%，與正洞線路交于左洞ZK21+680；1號排風(fēng)斜井長1 334.45 m，縱坡為11.5%，與正洞線路交于左洞ZK21+740。排風(fēng)井穿過正洞左線施工通道進(jìn)入右線后向大樁號方向施工長度為2 497 m。施工過程中作為施工斜井，增加4個工作面來加快營盤山隧道正洞的施工，運營后作為永久性通風(fēng)斜井。

斜井在接近與正洞相交里程時漸變?yōu)榕c正洞等高度斷面進(jìn)入正洞，與正洞線路交叉方式為正交(90°)，交叉處埋深為517.13 m。圍巖主要為微風(fēng)化石英閃長巖，受斷裂構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，圍巖自穩(wěn)能力較差，無支護(hù)時拱部可能產(chǎn)生小型坍塌，側(cè)壁可能掉塊。集中降雨狀態(tài)下洞室內(nèi)呈點滴狀或淋雨狀出水。

2 施工方法

在斜井接近與正洞相交里程時，先進(jìn)入斜井漸變段和加強段施工，于正洞與斜井相交處漸變?yōu)榕c正洞等高度斷面。在斜井與正洞交界處設(shè)置門架，通過門架支撐正洞的拱頂初期支護(hù)。門架施工完成后，斜井漸變段和加強段下臺階采用洞渣回填，回填至正洞上臺階高度，沿斜井方向施作門字形小導(dǎo)洞，并同步施作臨時支護(hù)，到達(dá)正洞中線處后根據(jù)需要往前支護(hù)3～5 m。在門字形小導(dǎo)洞水平支護(hù)下，逐步擴(kuò)挖正洞另一半斷面，逐段完成該段正洞設(shè)計初期支護(hù)，然后拆除門字形洞室邊墻的臨時支護(hù)直腿，進(jìn)行正洞上臺階斷面施工，最后完成下臺階開挖支護(hù)，進(jìn)行正洞工作面施工。

2.1 斜井漸變段和加強段施工

在斜井距正洞8 m處開始斜井漸變段(5 m)和加強段(3 m)施工，采用上下臺階法施工。支護(hù)參數(shù)如下：拱部120°范圍內(nèi)布設(shè)φ42超前注漿小導(dǎo)管，長L=4.5 m，環(huán)向間距50 cm；I16工字鋼按照100 cm間距架設(shè)；采用φ20 mm鋼筋縱向連接，間距1.0 m；φ22早強砂漿錨桿布設(shè)間距為1.0 m×1.0 m，梅花形布置，L=3.0 m；φ6.5鋼筋網(wǎng)按20 cm×20 cm單層布設(shè)；噴射22 cm厚C25砼。

通過漸變段施工，將斜井?dāng)嗝婕訉挕⒓痈邽榕c正洞等高度斷面。斜井進(jìn)入正洞交界處圍巖受力復(fù)雜，由于開挖輪廓突變造成圍巖應(yīng)力不均勻分布、局部應(yīng)力集中。為此，在交界處設(shè)置加強段，加強段支護(hù)參數(shù)與漸變段支護(hù)參數(shù)相同，加強隧道支護(hù)，以保證施工安全(見圖1)。

圖1 斜井進(jìn)入正洞平面圖(單位：cm)

2.2 交叉段門架安裝

在正洞與斜井交界處，采用門式型鋼鋼架作為正洞初期支護(hù)型鋼鋼架半幅的支撐載體。因該處應(yīng)力集中，為薄弱環(huán)節(jié)，采用3榀I20工字鋼并列焊接組合門架，門架下設(shè)置3榀I18工字鋼(拱架弧度與加強段最后1榀型鋼鋼架一樣)，3榀I18工字鋼頂部及兩側(cè)與3榀I20工字鋼密貼，共同受力。I18和I20工字鋼拱部之間采用I18工字鋼斜撐焊接牢固，邊墻處用10 mm厚鋼板連接，焊接成一個整體。門架一次落到正洞下臺階拱腳處，并用槽鋼墊實，設(shè)置D25中空注漿錨桿作為鎖腳錨桿，L=3.5 m；噴射26 cm厚C25砼，減少正洞開挖中門架結(jié)構(gòu)的沉降(見圖2)。

圖2 門架平面圖(單位：cm)

2.3 臨時小導(dǎo)洞開挖支護(hù)

門架錨噴支護(hù)完成后，按照正洞上臺階的高度，采用洞渣在交界處回填斜坡道，坡度控制在12%～18%(根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整)，利用斜坡道開挖門架范圍內(nèi)臨時小導(dǎo)洞的上臺階。

臨時小導(dǎo)洞橫梁開挖高度超出正洞開挖斷面拱頂點不小于24 cm，以保證臨時小導(dǎo)洞支護(hù)完成后不侵占正洞的開挖限界。小導(dǎo)洞內(nèi)采用I18工字鋼門架支護(hù)，門架凈寬7.0 m，縱向間距1.0 m/榀，采用φ20 mm鋼筋縱向連接，間距1.0 m；鎖腳錨桿每側(cè)設(shè)置2根φ25中空注漿錨桿，L=3.0 m；門架頂部鋪設(shè)φ6.5鋼筋網(wǎng)20 cm×20 cm，并打設(shè)φ25中空注漿錨桿，L=2.5 m，間距1.0 m×1.0 m；小導(dǎo)洞噴射24 cm厚C25砼(見圖3)。

圖3 小導(dǎo)洞襯砌結(jié)構(gòu)(單位：cm)

2.4 小導(dǎo)洞范圍內(nèi)正洞上臺階支護(hù)

小導(dǎo)洞開挖長度超過正洞中心線3～5 m后，在小導(dǎo)洞初期支護(hù)的保護(hù)下，按照少擾動、快速、緊支護(hù)、少拆除、早封閉的原則，分部分臺階開挖小導(dǎo)洞范圍內(nèi)正洞的剩余半圓弧形部分。小導(dǎo)洞內(nèi)正洞支護(hù)適當(dāng)加強，型鋼鋼架采用I18工字鋼，縱向間距0.8 m，鋼架一端支撐于正洞右側(cè)基巖上，采用D25中空注漿錨桿，間距1.0 m(環(huán))×0.8 m(縱)，梅花形布置，L=3.0 m；另一端支撐在斜井口處門架頂部橫梁上。施工時，在門架頂部橫梁上焊接打孔鋼板，用M24×80高強螺栓與正洞型鋼鋼架連接。縱向連接筋采用φ20 mm鋼筋，間距1.0 m(見圖4)。

圖4 導(dǎo)洞范圍內(nèi)正洞上臺階施工示意圖(單位：cm)

2.5 正洞開挖支護(hù)施工

小導(dǎo)洞內(nèi)正洞初期支護(hù)施工完成后，拆除小導(dǎo)洞一側(cè)豎向支撐，按照設(shè)計支護(hù)參數(shù)進(jìn)行正洞上臺階開挖及支護(hù)。拆除小導(dǎo)洞豎向支撐轉(zhuǎn)入正洞上臺階施工的注意事項：1) 拆除小導(dǎo)洞一側(cè)豎向支撐時，爆破時應(yīng)把另一側(cè)豎向支撐和小導(dǎo)洞拱頂切割分離，防止爆破飛石砸動另一側(cè)豎向支撐而帶動小導(dǎo)洞拱頂初期支護(hù)沉降變形。2) 小導(dǎo)洞往兩側(cè)正洞施工時應(yīng)弱爆破，減少對圍巖和已支護(hù)段的擾動。3) 做好小導(dǎo)洞初期支護(hù)的監(jiān)控量測，及時施作該段正洞仰拱、填充及二次襯砌。

小導(dǎo)洞兩側(cè)正洞上臺階初期支護(hù)開挖到50 m左右時，開挖斜井轉(zhuǎn)正洞交界處斜坡道回填的洞渣，施作正洞下臺階。在正洞下臺階開挖支護(hù)完成后及時施工仰拱，保證已施工初期支護(hù)的穩(wěn)定性。

2.6 正洞二次襯砌施工

在交叉口段仰拱及填充施工完成后，及時在正洞小里程方向100 m范圍內(nèi)拼裝二次襯砌臺車、防水板臺車。二次襯砌臺車拼好后，先在小里程方向澆筑2～5版，確定二次襯砌臺車的受力性能及尺寸是否符合設(shè)計要求。若符合要求，則推放到正洞交叉口處進(jìn)行澆筑。

交叉口處長11.4 m，二次襯砌采用12 m二次襯砌臺車一次澆筑；斜井交叉部分采用I20工字鋼按二次襯砌輪廓線尺寸加工成不等高的內(nèi)模架，間距60 cm，焊接固定在正洞二次襯砌臺車上并支撐牢固，內(nèi)膜架上鋪設(shè)5 cm厚木模和3 mm厚大塊塑料板，確保交叉口二次襯砌砼光滑圓順(見圖5)。

圖5 正洞交叉口處二次襯砌施工示意圖(單位：cm)

3 施工控制要點

(1) 現(xiàn)場監(jiān)控量測是隧道施工管理的重要組成部分。斜井與正洞的交叉口處圍巖等級為Ⅳ級，應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控量測點加密布置，監(jiān)控量測斷面間距按每5 m加密布置一道，監(jiān)控量測頻次為3 次/d。對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時整理，為修正支護(hù)參數(shù)和后續(xù)施工提供參考。

(2) 斜井漸變段與加強段開挖中鉆爆角度控制極為關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)格控制超、欠挖。初期支護(hù)施工時，支護(hù)參數(shù)均按照對應(yīng)圍巖的最強參數(shù)施工，同時加強該段型鋼支護(hù)和錨噴施工質(zhì)量控制。

(3) 門架開挖時兩側(cè)應(yīng)比斜井正常拱腰位置高4 m多，開挖中多次補炮，保證門架順利安裝。同時門架處往正洞方向多開挖2 m左右，保證門架鎖腳受力在正洞開挖斷面以外。

(4) 加強門架支護(hù)，提高門架工字鋼焊接連接處的質(zhì)量，保證門架拱腳支立于穩(wěn)固的基巖上；拱架安裝前清除拱腳虛土，按設(shè)計要求做好門架鎖腳；加強縱向連接筋與門架間的連接，防止門架下沉。

(5) 斜井進(jìn)正洞后，在具備條件的情況下，正洞掌子面先行進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，探明前方地質(zhì)情況，指導(dǎo)后續(xù)施工。

(6) 交叉口處正洞洞身開挖按“短進(jìn)尺、弱爆破、強支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則進(jìn)行，一次開挖進(jìn)尺一般不大于1榀鋼架間距。

(7) 施工中加強安全檢查，發(fā)現(xiàn)異常或突發(fā)情況時立即暫停施工，撤離出隧道內(nèi)的機(jī)械設(shè)備和人員，并及時向上級匯報，確定處理方法。

(8) 嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量“自檢、互檢、專檢”相結(jié)合的制度，施工中每道工序、工班都必須進(jìn)行自檢，自檢合格后上報作業(yè)隊復(fù)檢，復(fù)檢合格后再報質(zhì)檢工程師檢查。

(9) 超前小導(dǎo)管鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對每個孔進(jìn)行編號。嚴(yán)格控制鉆孔平面位置，不得侵入隧道開挖線內(nèi)，相鄰的鋼管不得相撞和立交。

4 結(jié)語

隧道斜井轉(zhuǎn)正洞交叉口施工的關(guān)鍵在于斜井能否安全快速地轉(zhuǎn)入正洞。華麗高速公路營盤山隧道1號斜井轉(zhuǎn)正洞施工中，采用在斜井轉(zhuǎn)正洞處設(shè)置漸變段和加強段，利用門架結(jié)構(gòu)作為永久性支撐結(jié)構(gòu)與正洞型鋼鋼架形成穩(wěn)定受力單元的施工方法，僅用時10 d，零傷亡事故，為正洞施工贏得了寶貴的時間。實踐證明，采用該施工方法，斜井轉(zhuǎn)正洞施工全過程都在支護(hù)體系下進(jìn)行，確保了施工安全，縮短了施工工期，減少了施工成本。