Ⅴ級圍巖橫洞進正洞挑頂方法

高得利

1 工程概況

新馬房子河隧道位于陜西省柞水縣境內,乾佑河右岸,進口位于石鎮村,出口位于沙坪村,起訖里程DK 120+950～DK 122+ 295,全長 1 345m,該隧道為臨近既有鐵路西康線的單線電氣化隧道,設計行車速度為 160 km/h。隧道范圍內地層主要為印之期花崗巖。隧道進出口施工便道較困難,為增開工作面,采取橫洞進正洞。

由于地理條件限制,橫洞定在正洞左側DK 122+205位置,垂直線路方向,距離正洞出口 90m,進入正洞后,以小里程方向為主攻方向。該處正洞圍巖為Ⅴ級加強圍巖,圍巖裂隙發育,石質較軟,較破碎。

2 橫洞與正洞三岔口施工方案選擇與細化

2.1 橫洞與正洞三岔口施工方案選擇

由于橫洞、正洞斷面尺寸較小,為了保證橫洞與正洞三岔口處機械行走通暢,采取以下方法：在橫洞接近于正洞相交里程時,逐漸抬高橫洞拱頂高程,逐漸加寬拱架拱部半徑,加長鋼架直腿長度;于正洞與橫洞相交里程起,采用小導坑進入正洞洞身開挖,于正洞中線處達到正洞拱頂高程,施工中預留變形沉降量和臨時支護厚度;然后再逐步擴挖至正洞標準斷面。

2.2 橫洞與正洞三岔口施工方案細化

橫洞與正洞三岔口處圍巖空間三維受力復雜,尤其正洞橫向挑頂開挖支護難度相當大,工作面小,質量安全隱患多,開挖支護不當,圍巖很容易下沉變形,甚至塌方發生重大安全質量事故。因此必須制定科學合理的挑頂施工方案,并對三岔口進行加強支護。在橫洞施工至與正洞設計二次襯砌最大跨度相交時,在交匯面處設置橫洞初期支護加強環及托梁和立柱支撐,以解決三岔口處正洞初期支護鋼架落腳問題,及時完成橫洞襯砌,襯砌終點端頭面應與正洞該側縱向開挖平行。采用人工風鎬配合挖掘機,以4.0m寬的小導坑方式橫向垂直進入正洞洞身并進行弧面挑頂開挖,開挖過程中及時初噴并施作Ⅰ16型鋼棚架臨時支頂支護。施作正洞設計初期支護時,其鋼架拱腳落在托梁上,拱頂處縱向棚架橫梁保留,拆除棚架兩側立撐。然后沿線路方向向大里程和小里程拱部施作超前支護,沿線路方向向小里程方向上導坑施工三個循環(每個循環進尺1.6m),每循環前施作超前支護,直至橫洞與正洞三岔口范圍內正洞拱部封閉。接下來擴挖支護三岔口 8.8m范圍外大小里程正洞上導坑,然后擴挖正洞三岔口范圍中導坑土體并將該段右半幅初期支護接長至中導坑底部,大小里程上導坑和中導坑繼續推進。當兩個方向上導各進尺 10m、中導進尺 5m時,進行下導鋼架落底初期支護。當兩個方向進尺達 30m時及時施作仰拱填充,從而使正洞三岔口范圍初期支護封閉成環,具備正常施工的安全條件(見圖1,圖2)。

3 橫洞與正洞三岔口處的施工

3.1 施工步驟、方法及工藝

1)橫洞將挖至正洞采取過渡方案。因橫洞洞頂比正洞低,考慮到橫洞到正洞隧道中線位置拱頂必須達到正洞設計拱頂,采取距離正洞 15m的位置逐漸加高拱頂的方案;因橫洞與正洞正交,橫洞與正洞斷面尺寸較小,考慮到三岔口位置行車轉彎所需空間,采取距離正洞 15m的位置逐漸加大橫洞拱部半徑來實現轉彎處行車所需的空間。

2)橫洞與正洞三岔口位置加強方案。考慮正洞開挖斷面較大,橫洞和正洞三岔口處初期支護最后一榀鋼架也要承受來自正洞拱架及圍巖的荷載,為確保三岔口段正洞施工安全,必須對其加強來增大其受力條件,見圖2。

3)為解決交叉口段正洞上導坑拱架落腳位置及牢固性,在橫洞初期支護加強環鋼架拱頂上沿正洞方向設置縱向水平托梁,托梁采用Ⅰ20b型鋼,兩端連接Ⅰ20b型鋼立柱支撐至主洞墻底,為防止基底承載力不夠導致支護下沉,立柱底部加焊 1.5 cm厚鋼板,鋼墊板下部墊放預制的混凝土墊塊。托梁上部間距 0.8m焊接25 cm×20 cm×1.5 cm厚鋼板,以解決三岔口段主洞鋼架落腳問題。

4)對托梁及支撐進行錨噴防護,錨桿加長,尾部以鎖腳錨桿的方式與托梁、支撐焊接在一起,按設計厚度噴射混凝土時,托梁范圍暫時不噴射。初期支護完成后及時施作橫洞加強段二次襯砌,為交叉口提供有力的支撐。

5)襯砌混凝土施工完 24 h后,脫模移出二襯模板,在橫洞底部回填洞渣修筑一條斜坡道,采用小型挖掘機以 4m寬的小導坑方式橫向垂直進入正洞洞身拱部,并進行左半幅弧面開挖,人工風鎬及作業臺架進行修邊。進入正洞范圍后開挖及初期支護需比正洞拱部相應設計標高加大,以預留臨時支護厚度及足夠的變形量。

開挖完成后采用Ⅰ16型鋼臨時棚架及時支護。當正洞拱部左半幅開挖面合格后及時初噴,拆除臨時棚架兩側支撐,安裝正洞 4m范圍拱部左半幅Ⅰ16型鋼拱架,該部分拱架比設計半徑大,拱頂端與右半幅切向順接,拱腳端擴大后與托梁鋼墊板水平焊接,嚴格按照設計要求安裝鋼筋網片、連接筋、施作系統及鎖腳錨桿,復噴混凝土至設計厚度。拱頂處縱向棚架橫梁將作為永久支護。

6)施工流程分以下幾個階段進行：第一階段：橫洞初期支護加強、托梁及立柱預埋、橫洞二襯施工、橫洞坡道填筑。第二階段：人工拱部左半幅挑頂開挖及支護 4m,初期支護拱頂設臨時棚架支撐。第三階段：人工配合挖掘機進行拱部右半幅挑頂開挖及支護 4m,直至和左半幅相應段封閉。第四階段：沿線路方向向大小里程施作超前支護,接著沿線路方向向小里程上導坑開挖支護三個循環(每個循環進尺1.6m),每循環前施作超前支護,直至橫洞與正洞三岔口范圍內正洞拱部封閉。第五階段：上導坑繼續向大小里程方向開挖支護,擴挖正洞三岔口范圍中導坑土體并將右半幅初期支護接長至中導坑底部。第六階段：大小里程上導坑和中導坑繼續推進,當兩個方向上導各進尺 10m、中導進尺 5m時,進行三岔口范圍下導鋼架落底初期支護。第七階段：當邊墻落底支護至 30m時,開始逐段進行仰拱全幅開挖,每次不超過三榀,及時施作仰拱、填充,從而使正洞三岔口范圍初期支護封閉成環。

7)至此,橫洞三岔口段正洞全斷面支護封閉成環,形成受力結構,為下步正洞正常開挖施工創造了良好的安全條件。

3.2 施工要點

為保證正洞安全挑頂施工的完成,正洞初期支護必須坐落于一個牢固的落腳平臺,同時應加強該段正洞初期支護的鎖腳錨桿及系統錨桿施工,防止拱架下沉。

1)橫洞交叉口段施工,應加強初期支護,設計參數應比正常斷面相應提高。

2)由于正洞開挖面較大,為確保擴頂段正洞施工安全,在橫洞與正洞交接處設置一加強環,加強環由兩榀Ⅰ20b型鋼鋼架并排焊接在一起組成,根據施工方案對其進行準確定位加固,鎖腳錨桿加長加密錨固。

3)設置托梁,為正洞拱架提供落腳平臺。在橫洞初期支護加強環鋼架拱頂上沿正洞方向設置縱向水平托梁,托梁采用Ⅰ20b型鋼,牢固焊接在橫洞加強環拱頂上,托梁兩端聯結Ⅰ20b型鋼立柱支撐至主洞墻底。噴射C 25混凝土覆蓋加強環、立柱鋼架,托梁范圍先不噴射,待正洞鋼架落腳后一起噴射。及早施作橫洞二次襯砌。

4)正洞擴頂開挖,依據圍巖穩定狀態采用Ⅰ16型鋼臨時棚架支撐頂部,棚架間距 1.0m,棚架間采用 Φ22鋼筋焊接成一體,臨時棚架橫梁采用25 cm網噴,網格間距為 20 cm×20 cm(臨時棚架橫梁將作為永久支護),形成臨時支護體系。

4 施工過程中隧道橫洞拱頂下沉監測

拱頂下沉用精密水準儀配合銦鋼尺進行,精度為 0.05mm。測點用 Φ22mm的螺紋鋼加工而成,螺紋鋼長25 cm,將其一頭用磨光機磨成圓球形,使每次測量時銦鋼尺接觸測點頭部在同一點處。在隧道拱部開挖后,及時打入拱頂巖體,保證測點距開挖面不大于 1.5m。測點安裝完成后,隨即噴射混凝土封閉巖體表面,做好測點保護。提高監控量測頻率,根據測量數據成果及時調整開挖方法和修正支護參數。

5 結語

方案的實施安全、快速的完成了橫洞進正洞施工,為隧道提前貫通打下了基礎。

[1] 趙振華,陽 杰.古斗隧道出洞施工技術[J].山西建筑, 2010,36(15)：353-355.