軟弱圍巖隧道斜井進入正洞挑頂施工技術

周志強

（中鐵二十二局集團第六工程有限公司，云南 昆明 650601）

1 工程概況

寶峰隧道穿越云南省昆明市晉寧縣與玉溪市紅塔區(qū)兩地，其中進口里程為DK10+338，出口里程為D2K17+715，全長7377m。全隧共設4座斜井，其中2號斜井設計平長為600m，井身坡度為11.5%（其中X2K0+000～X2K0+030為0.3%），斜井與正洞相交于左中線D2K12+900處（即X2K0+000），交角為45°。2號斜井因2011年9月18日X2K0+165.8掌子面發(fā)生涌突，造成地表塌陷。為規(guī)避風險，設計對2號斜井進行了一次線路調(diào)整，采取迂回斜井施工方案，迂回斜井與原斜井交角40°，與原斜井中線交點為X2K0+210=YX2K0+232.08處，原斜井與正線的里程和交角不變，仍以45°交于D2K12+900處，迂回后斜井加長22.08m，迂回段縱坡變?yōu)?0.24%。

2 施工特殊情況及難度

由于2號斜井地質(zhì)復雜，圍巖破碎、富水，自開工以來，風險不斷，先后發(fā)生規(guī)模以上涌水突泥4次，初支變形換拱3次。尤其是在斜井進正洞挑頂施工過程中，發(fā)生涌水突泥，涌突量約2000m3，水量約3L/s，給后續(xù)施工造成極大難度。后經(jīng)參建四方研究決定于YX2K0+020處拱部施作30m長φ108mm大管棚注漿加固處理，使斜井進入正洞橫向?qū)Ф捶秶玫接行镒o，確保挑頂?shù)氖┕ぐ踩?/p>

3 管棚設計參數(shù)及施工工藝

3.1 主要設計參數(shù)

該次大管棚超前預支護施工采用雙層大管棚，管棚鋼管為外徑φ108mm、壁厚8mm的熱軋無縫鋼管，每根管棚棚管長30m，管壁四周鉆φ10mm壓漿孔，孔間距20cm，呈梅花型布置，尾部留≥200cm的不鉆孔的止?jié){段。施工時鋼管沿隧道周邊以一定的仰角和外插角打入圍巖，注漿材料為水泥漿，水灰比0.8∶1～0.5∶1，注漿初始壓力為0.5～1.0MPa，終止壓力為1.5～2.0MPa。

3.2 管棚施工工藝及方法

管棚施工流程圖如圖1所示。

（1）根據(jù)設計圖紙參數(shù)，將孔位準確放樣，并編號。

（2）鉆機就位后，調(diào)整鉆桿角度，確保成孔滿足設計要求。開鉆前將鉆機固定牢固，防止鉆機移位造成孔位或角度偏離設計方向。

圖1 超前大管棚施工工藝流程圖

（3）采用隔孔跟管鉆進，成孔后及時封孔注漿。完成一根后，再進行下一根作業(yè)。

（4）管棚鋼管采用φ108mm、δ=8mm無縫熱軋鋼管。鋼管管壁鉆孔，孔徑10mm，間距20cm，呈梅花型布置。

（5）鋼管采用絲扣式連接，施工前做好鋼管配管工作，防止鋼管接頭在同一斷面上。

（6）注漿時，漿液滿足設計要求，在水泥漿設計配比范圍內(nèi)。當注漿壓力較小時，盡量采用較稠水泥漿；壓力較大時，采用較稀水泥漿。當注漿壓力達到設計要求后，持續(xù)注漿10min后方可結束。

（7）施工中做好鉆孔、壓漿記錄。

4 斜井進入正洞挑頂施工方案

該斜井進入正洞采用橫向棚洞法，即在斜井開挖接近與正洞相交里程YX2K0+014.12時，逐漸抬高斜井拱頂高程。于斜井與正洞相交里程起，采用棚洞進入法進行正洞開挖。

由于斜井與正洞相交45°，斜井初支需做一段扇形支撐，逐步抬高斜井拱架。為確保施工安全，YX-2K0+003.47～YX2K0+014.12段為加強地段，此段初支內(nèi)1#～12#拱架全部采用I20b型鋼加工制作，模筑襯砌（曲墻帶仰拱），噴射混凝土厚度調(diào)整為27cm。斜井挑頂?shù)装迤露劝?8.23%，頂部按31.69%，挑至正洞7#排架。正洞挑頂段采用梯形導坑，邊墻為直墻，寬度為4.58m，頂部為梯形，高度為1.59～5.15m，I20b型鋼作立柱及拱架，鋪掛鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土，噴砼厚度亦為27cm。斜井進入正洞挑頂施工縱斷面圖如圖2所示。

圖2 斜井進入正洞挑頂施工縱斷面圖

5 挑頂施工順序及方法

（1）斜井按正常斷面及方法下導施工至YX2K0+014.12，上導至斜井挑頂段第5#拱架，停止斜井掌子面掘進，將YX2K0+014.12斜井挑頂?shù)?#拱架及大里程方向邊墻全部落至墻底設計位置，仰拱及鋪底全部做好，并在YX2K0+030處右側預留集水坑。

（2）從洞外拉較好土石回填坡道，坡度約28.23%，坡度起點里程為YX2K0+022。

（3）斜井爬坡及抬高支撐地段（YX2K0+014.12～YX2K0+006.52）由于此段處于爬坡地段，初支拱架逐漸抬高，因此必須嚴格按圖中里程及標高架立初支拱架，確保拱架位置安裝準確無誤。

（4）進入正洞挑頂段。正洞挑頂?shù)装灏?8.23%爬坡（拱頂、拱架頂按31.69%挑至7#拱架），導洞按梯形直墻斷面，I20b工字鋼做立柱及拱架，在正洞1#拱架處，導洞斷面由大變小，正洞1#拱架由兩榀組成（一榀大、一榀小），兩榀緊靠?？紤]正洞挑頂段初支沉降量較大，此段正洞初支預留沉降量由設計0.13m變?yōu)?.40m（此段正洞初支拱架為特制：采用H150型鋼加工制作，間距按0.5m/榀）。正洞導洞施作至第17#拱架，正洞棚洞須按實際情況打設超前支護并注漿，必要時掌子面亦須錨固或噴射混凝土封閉。

（5）安裝斜12#拱架上導及橫梁，施打鎖腳錨管，注漿后與12#拱架采用L型鋼筋焊接牢固，鋼架每側拱腳各施打6根鎖腳錨管，每根長4.0m，斜30～45°向下打設，上下三排，兩兩相對，完成后對安裝拱架時擴挖部分進行噴射混凝土回填加固。

（6）安裝正洞初支拱架，焊接縱向連接鋼筋及鋼筋網(wǎng)（此時不進行噴射混凝土施工）。

（7）接長斜1#～12#初支下導拱架，施作該段斜井仰拱及二襯混凝土，二襯采用鋼筋混凝土，施作長度≥20m，以加強支護能力。

（8）進入正洞上導，向大里程和小里程方向各施打一環(huán)超前小導管，小導管每根長3.0m，環(huán)向間距0.2m。完成后對正洞橫向棚洞已安裝正洞鋼拱架部分進行初支噴射混凝土作業(yè)。

（9）待橫向棚洞混凝土達到設計強度的50%后，用風鎬鑿除昆陽方向棚洞側墻混凝土，割除鋼拱架，按設計支護參數(shù)向小里程方向施作10m正洞上臺階，開挖進尺為每循環(huán)一榀鋼拱架。完成后以同樣的工法向大里程方向施作10m正洞上臺階。

（10）落正洞中臺階及下臺階：臺階步距控制在3～5m，形成正洞三臺階法施工。加設鎖腳錨管，每處拱腳施作6根，長度為4.0m，斜45°向下打設。上、中、下臺階部位均需增設臨時仰拱，與拱架焊接牢固，臨時仰拱間間隔1m，采用Φ22mm鋼筋焊接，并噴射C25混凝土，在挑頂段每個臺階連接板處均需增設縱向托梁，系統(tǒng)錨桿盡量全部施作，以期共同形成組合拱。

（11）正洞下臺階向前施工10m后要及時施作仰拱及仰拱填充，盡早形成閉合的環(huán)向支撐體系，確保施工安全。

6 施工特別注意事項及安全保障

（1）管棚施作完成后，打孔驗證管棚注漿加固效果，并經(jīng)參建各方現(xiàn)場確定以后再進行下一步施工。（2）挑頂開挖過程中，嚴密觀察掌子面圍巖狀況及出水情況，若發(fā)現(xiàn)再次涌水突泥，立即封閉掌子面，并回填反壓，通知參建各方，確定下一步處理措施。（3）斜井挑頂?shù)?1#拱架安裝時向大里程偏移5cm，使第12#拱架架立時有足夠的空間，以免侵入正洞。（4）挑頂段施工過程中尤其要加強監(jiān)控量測：布點加密，量測頻次加大，如有異常情況，立即分析原因，并采取應急措施，加強支護。（5）穩(wěn)扎穩(wěn)打，不得冒進，加強現(xiàn)場管理，切實做好初期支護施工質(zhì)量，及時封閉成環(huán)，確保挑頂施工安全順利。（6）施工人員佩戴好勞動保護用品，注漿時，注漿管不得對準人體，防止高壓漿液對施工人員造成傷害。（7）做好施工用電安全防護措施，做到“一機一閘，一箱一保護”。（8）管棚及挑頂施工前，做好防涌突應急準備工作，將應急物資存放在掌子面附近，數(shù)量必須充足，以備急用，并編制專項應急預案組織進行應急演練。

7 結束語

斜井進入正洞挑頂施工是隧道施工的重要和特殊環(huán)節(jié)，尤其在軟弱圍巖挑頂施工時應特別注意施作好超前支護；采取橫向棚洞法進行斜井進入正洞挑頂施工，由于導洞斷面縮小，做好初期支護及加強支護的每一個環(huán)節(jié)，是施工安全的保證。