隧道燕尾段挑頂施工問題探討

劉永平

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西太原 030024）

1 問題的提出

山西臨縣境內(nèi)的鄭家灣1 號隧道具體位置在呂梁山脈西坡梁峁區(qū)域，工程所在區(qū)地形地貌復(fù)雜，南北向存在較大起伏，沖溝等不良地質(zhì)發(fā)育。按照設(shè)計，應(yīng)將雙單線隧道合并為雙線單隧道處理。通過初步分析本隧道工程土質(zhì)燕尾段的施工組織設(shè)計、隧道漸變段及大跨段沉降控制等進(jìn)行研究，由項目組提出將該雙單線隧道合并處理為（單洞）雙線隧道的優(yōu)化設(shè)計方案[1]，具體而言，應(yīng)從隧道單線設(shè)計位置挑頂、挑寬進(jìn)入雙線段，采用新型初期支護(hù)形式，漸進(jìn)挑頂、挑寬至設(shè)計斷面。

2 斜井進(jìn)正洞挑頂施工方案

2.1 總體施工思路

燕尾段雙洞單線隧道進(jìn)單洞雙線隧道施工時，先從重車線單線隧道掘進(jìn)，單線隧道上、中臺階支護(hù)到同一里程，下臺階緊跟，仰拱及二次襯砌緊跟初期支護(hù)；進(jìn)入雙線隧道后，短進(jìn)尺強支護(hù)，開挖并進(jìn)行上中臺階初支，一定進(jìn)尺內(nèi)的挑寬、挑高必須滿足設(shè)計斷面要求；隧中一側(cè)采用臨時支護(hù)，另一側(cè)采用永久支護(hù)，永久支護(hù)直接挑寬至雙線隧道斷面，鋼架長度按漸變設(shè)計以達(dá)到挑高方面的要求。臨時支護(hù)鋼架長度也按照漸變方式設(shè)計以達(dá)到挑寬要求，最后一榀鋼架為臨時豎撐，繼續(xù)向前掘進(jìn)支護(hù)，直至滿足施工作業(yè)空間要求后停止掘進(jìn)，并對掌子面進(jìn)行錨噴封閉。

在臨時支護(hù)面臨時豎撐開始處施做棚洞，棚洞大小以滿足施工作業(yè)空間為準(zhǔn)，在正洞初期支護(hù)輪廓外進(jìn)行棚洞頂部支護(hù)（不得侵線），預(yù)留沉降量50cm；先拼接棚洞內(nèi)正洞鋼架，并主要借助棚洞等支架形式沿輕車線反向開挖隧道單線，同時進(jìn)行拼接雙線鋼筋架的逐榀安裝，完成安裝施工后再將臨時棚洞支護(hù)鋼架等徹底拆除；采用永久支護(hù)方式施工至隧道雙線設(shè)計里程處，并緊跟進(jìn)行仰拱及襯砌施工。

2.2 輔助坑道交叉段施工

將重車線（單線隧道）作為輔助坑道，待開挖與正洞（雙線隧道）交叉處相距1m 時開始擴大開挖輪廓并開挖至正洞，按要求支護(hù)。正洞和輔助坑道交叉段增設(shè)加強環(huán)，以便為正洞初支提供穩(wěn)定的施工平臺。加強環(huán)采用Ⅰ25 工字鋼門型桁架，內(nèi)側(cè)設(shè)置Ⅰ20a 工字鋼支護(hù)鋼架，與隧道初期支護(hù)采用型鋼立柱短撐及連接鋼筋焊接牢固，噴射混凝土。

3 施工控制要點

3.1 挑頂施工

采用三臺階法進(jìn)行單線隧道掘進(jìn)施工，待上臺階施工至燕尾段交叉處后應(yīng)暫停，并進(jìn)行中臺階掘進(jìn)，控制并縮小掌子面和仰拱、二襯間距后將臨時橫撐挑頂增設(shè)于中臺階下部，仰拱、二襯與掌子面間距應(yīng)分別控制在20m、30m 以內(nèi)。

由單線隧道掌子面至雙線隧道挑頂施工時，先通過挖機開挖并結(jié)合人工方式修整，并將正洞初支及臨時鋼架支護(hù)漸變設(shè)計[2]。挑頂挑高和挑寬同步通過若干循環(huán)進(jìn)尺后到達(dá)正洞雙線拱頂；首個循環(huán)施工過程中應(yīng)確保雙線邊墻側(cè)挑寬滿足正洞雙線邊墻寬度開挖要求，并繼續(xù)挑寬至雙線隧道另一側(cè)且與雙線隧道隧中所對應(yīng)的單線隧道邊墻；最后循環(huán)施工過程中不再挑寬，而僅調(diào)整臨時支護(hù)為豎撐結(jié)構(gòu)，作為以下施工過程中的橫向棚洞使用。正洞部分鋼桁架為永久性結(jié)構(gòu)，其支護(hù)措施必須嚴(yán)格到位，而臨時支護(hù)可以適當(dāng)調(diào)整和減弱，完成鋼支架安裝后應(yīng)隨即噴射C25 混凝土。挑頂示意圖見圖1。

3.2 棚洞開挖

待挑頂過渡段開挖出的空間適宜挖機旋轉(zhuǎn)施工后暫停開挖，并及時超前支護(hù)掌子面并錨固噴射混凝土。在完成的臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)表面支設(shè)棚洞，并將其頂部輪廓線設(shè)置在正洞初支結(jié)構(gòu)之外，完成棚洞的開挖和支護(hù)后應(yīng)繼續(xù)拼接安裝其所對應(yīng)的正洞上臺階鋼架，并按設(shè)計要求在棚洞內(nèi)同時進(jìn)行錨桿施工。棚洞開挖示意圖見圖2。

表1 本隧道斜井進(jìn)正洞挑頂施工監(jiān)控量測設(shè)計

圖1 挑頂

圖2 棚洞開挖

3.3 開挖支護(hù)

3.3.1 單線隧道開挖支護(hù)

挖機隨棚洞內(nèi)正洞支護(hù)結(jié)束后駛?cè)肱锒磧?nèi)，并沿正洞設(shè)計輪廓向單線隧道向開挖，按照開挖進(jìn)度將棚洞單線隧道向初期支護(hù)結(jié)構(gòu)拆除，并進(jìn)行上臺階鋼架逐榀安裝，同時拆除臨時鋼架。待全部拆除臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)后轉(zhuǎn)向開挖雙線隧道，將棚洞內(nèi)雙線隧道方向的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)隨之拆除，再進(jìn)行雙線正洞上臺階鋼架的逐榀安裝，并根據(jù)安裝施工頻率配套性地將臨時支護(hù)鋼架隨之拆除。按照開挖掘進(jìn)向確定φ42 超前小導(dǎo)管支護(hù)方向，并按照1 榀鋼架/循環(huán)的要求進(jìn)行循環(huán)開挖。

3.3.2 雙線正洞的開挖與支護(hù)施工

等到本隧道單線挑頂過渡段棚洞臨時支護(hù)任務(wù)萬車工后，隧道雙線正洞橫斷面的右側(cè)應(yīng)到達(dá)中臺階，左側(cè)應(yīng)到達(dá)上臺階。此時暫停上臺階開挖，并將掌子面調(diào)整成三臺階形式，再恢復(fù)掌子面掘進(jìn)，并改用三臺階法增設(shè)仰拱施工直至掘進(jìn)結(jié)束，待開挖施工達(dá)到設(shè)計要求后及時增設(shè)仰拱。

3.4 二襯施工

雙線隧道大跨段襯砌以型鋼拱架后背木板為本次雙線隧道大跨段襯砌模板，并通過工字鋼將型鋼拱架支撐于襯砌臺車面板，以發(fā)揮臺車受力支撐及施工車輛通道的雙重作用。臺車面板背面工字鋼拱架的型號及設(shè)置間距等參數(shù)均根據(jù)斷面設(shè)計尺寸及襯砌厚度確定，并采用相同型號的型鋼材料縱向連接鋼架。工字鋼支撐一頭焊接在模板拱架上，一頭焊接在臺車上，并通過φ42mm 鋼管以三角形形式連接工字鋼，起到穩(wěn)定作用。

4 監(jiān)控量測

為全面收集本隧道工程斜井進(jìn)正洞挑頂施工全過程及施工各階段圍巖穩(wěn)定狀況和臨時支護(hù)效果，及時預(yù)報施工進(jìn)程和險情，確保施工安全和質(zhì)量，量測設(shè)計及結(jié)果設(shè)置詳見表1。

考慮到本隧道燕尾段圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，斷面變化大，支護(hù)體系轉(zhuǎn)換及結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，所以，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)加強施工過程現(xiàn)場監(jiān)測。拱頂下沉量監(jiān)測點應(yīng)當(dāng)按照5.0m的間隔設(shè)置，同時還應(yīng)按相同間距增設(shè)周邊圍巖位移量測點2組，并嚴(yán)格按照表1 中所規(guī)定的頻次加強量測。圍巖位移收斂速率大于5.0mm/d 時停止施工，加強初支處理，收斂速率小于0.2mm/d時，則表明隧道開挖后圍巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài)[3]；若隧道開挖后的圍巖位移收斂變形在設(shè)計要求的變形基本穩(wěn)定時間內(nèi)尚未結(jié)束，則應(yīng)延長量測時間。本隧道在挑頂施工過程中圍巖位移收斂速率均在0.2mm/d 以下，圍巖變形穩(wěn)定。

5 結(jié)論

本文對位于山西臨縣境內(nèi)的鄭家灣1 號隧道雙洞進(jìn)單洞挑頂施工過程的分析表明，挑頂涉及重車線（輕車線）和主洞兩個構(gòu)造，且兩個構(gòu)造所涉及圍巖結(jié)構(gòu)均處于復(fù)雜的受力狀態(tài)。必須加強施工方案的比選與設(shè)計，并遵循以穩(wěn)為主的原則，初支寧強勿弱，開挖及時封閉。本工程雙單線隧道并為單洞雙線隧道施工在安全性、質(zhì)量控制、費用控制等方面優(yōu)勢顯著。