長大隧道斜井進(jìn)正洞施工技術(shù)

申延虎

目前,輔助隧道進(jìn)入正洞時根據(jù)地質(zhì)情況主要施工方法有:臺階法、CD法、左右導(dǎo)坑法等,為實現(xiàn)高效、快速的進(jìn)入正洞施工,在特長隧道施工過程中,業(yè)主為了加快投資回報,往往會壓縮工期,同時施工單位為追求更好的經(jīng)濟效益,加快施工進(jìn)度是一個很好的途徑,為此給施工技術(shù)方案的選擇、人員配置、作業(yè)環(huán)境等增加了一定的難度,對施工提出了新的要求,本文結(jié)合長洪嶺隧道 1號斜井進(jìn)入正洞的施工技術(shù),在原施工配置的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了快速施工,取得了一定效果。

1 工程概況

1)隧道結(jié)構(gòu)及施工要求。長洪嶺隧道設(shè)計為單洞雙線隧道,起訖里程 DK 183+594～DK 170+300,全長 13294m。其中隧道設(shè)置施工輔助坑道斜井 2個、橫洞 1個;1號斜井位于線路前進(jìn)方向右側(cè),與正洞左線相交于 DK 177+500,斜井井身與正洞平面交角為 74°,斜井綜合坡度為 7.0%,最大坡度 7.7%,交叉口段隧道開挖斷面寬約 13.5m,高約 11.5m,斜井進(jìn)入井底段正洞拱頂埋深約 240m,屬深埋大跨度隧道。2)隧道地質(zhì)及涌水量情況。隧址區(qū)屬中山地貌,構(gòu)造較簡單,隧道區(qū)臨近出口向斜核部,巖層傾角較小,走向變化較大,地層總體上單斜,巖體較破碎。上覆土層以坡殘積土層為主,下伏巖層為泥巖夾砂巖、砂巖,巖質(zhì)較軟。無特殊巖土,不良地質(zhì)為巖堆。地下水相對不發(fā)育、無侵蝕性,工程地質(zhì)條件一般。隧址穿越段中部地表發(fā)育小型河流,其次地表零星分布池塘,地表水相對較發(fā)育,主要由大氣降雨補給。地形坡度一般為 15°～45°,斜坡地形利于地表水排泄,加之第四系覆蓋層粘性土層透水性較差,大氣降水大部分沿坡面匯入溝槽排走,少部分順節(jié)理裂隙入滲補充為地下水。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為基巖裂隙水,次為第四系松散土層孔隙潛水。通過對相同地層、同類環(huán)境條件的工程類比,本段采用大氣降水入滲系數(shù)法對隧道涌水量進(jìn)行預(yù)測,涌水量值為6350m3/d,推斷豐水期為枯水期流量的 2倍,長洪嶺隧道預(yù)測隧道最大涌水量為 12700m3/d。

2 施工工藝

1)總體施工方案選擇。斜井進(jìn)正洞后,根據(jù)施工任務(wù)劃分,按進(jìn)出口方向雙頭掘進(jìn)的要求組織施工,在斜井轉(zhuǎn)正洞展開施工后,先期開挖出口方向約 40m,然后利用加工改造后的斜井臺架繼續(xù)反向開挖進(jìn)口方向,并在已支護好的 30m正洞段加工正洞全斷面開挖臺架,為進(jìn)、出口方向全斷面開挖創(chuàng)造條件,根據(jù)總體施工任務(wù)分配,以進(jìn)口方向為主開挖方向。2)施工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)對措施見表1。

3 施工方法及組織

3.1 開挖施工方法

按進(jìn)、出口方向雙頭掘進(jìn)的要求,為方便施工及通風(fēng),經(jīng)調(diào)整,將斜井與正洞左線斜交 74°改為正交,交叉口斜井按平坡設(shè)置施工,進(jìn)入正洞后導(dǎo)洞施工及支護仍按斜井開挖斷面進(jìn)行,開挖時按照斜井與正洞交角逐步轉(zhuǎn)變開挖方向。1)交叉口轉(zhuǎn)車道導(dǎo)坑開挖,在交叉口正洞 8m范圍,按出碴車、裝載機、斜井開挖臺架作業(yè)尺寸要求,采用導(dǎo)坑法開挖轉(zhuǎn)車道,轉(zhuǎn)車道開挖斷面及支護參數(shù)與斜井保持一致,便于利用原斜井臺架組織施工;2)通過改造原斜井開挖臺架,開挖出口方向 22m左導(dǎo)坑,施作臨時支護,開挖過程中嚴(yán)格按照一開挖一支護的要求及時施作臨時支護;3)最后10m由導(dǎo)坑法斷面逐漸過渡至全斷面,并按設(shè)計要求進(jìn)行支護;4)反向開挖左側(cè)及交叉口剩余部分,交叉口開挖支護施工期間,在正洞底已支護好的 30m范圍拼裝正洞全斷面開挖臺架,開挖臺架拼裝完成后,向進(jìn)口方向開始全斷面開挖。第二臺開挖臺架完成后即可進(jìn)行出口方向開挖施工。

表1 施工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)對措施

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報

斜井進(jìn)正洞前,先在距離交叉口 100左右采用 TSP203p lus超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)進(jìn)行一次中長距離的地質(zhì)預(yù)報,提前對地下水、軟弱巖層帶進(jìn)行預(yù)報,以便施工中采取應(yīng)對措施,及時調(diào)整施工方案。施工中,每循環(huán)開挖時采用 5m鉆桿在隧道拱部和兩側(cè)拱腰、兩側(cè)邊墻各鉆一個探測孔,當(dāng)鉆孔出現(xiàn)不良地質(zhì)征兆時,可以及時采取應(yīng)對措施。

3.3 斜井交叉段轉(zhuǎn)正洞施工

1)導(dǎo)坑法開挖轉(zhuǎn)車道。在斜井開挖支護至與正洞相交時,開始開挖交叉口轉(zhuǎn)車道,轉(zhuǎn)車道在正洞 8m范圍內(nèi)完成,為保證交叉口段施工安全,導(dǎo)坑開挖與斜井保持一致。斜井底 10m支護在原設(shè)計支護條件下增加鋼拱架加強支護,轉(zhuǎn)車道長度按 18m考慮,該段按開挖方向由與正洞正交逐漸向出口方向轉(zhuǎn)向,利用斜井開挖臺架施工,臨時支護采用噴C 25混凝土5cm～10cm厚,并視圍巖情況適當(dāng)加強支護。2)出口方向左導(dǎo)坑分部開挖、臨時支護施作。通過改造原斜井開挖臺架,開挖出口方向開挖 22m左導(dǎo)坑。臺架改造采用在原架基礎(chǔ)上加設(shè)棚架的形式進(jìn)行,棚架高度根據(jù)正洞開挖斷面要求可靈活調(diào)整,棚架與原臺架用套管進(jìn)行連接加固,對原開挖臺架不需作大的改造,既能滿足開挖尺寸的要求,又可以靈活移動。導(dǎo)坑線路方向左側(cè)初期支護只能做邊墻部分,按設(shè)計支護參數(shù)施作錨桿、網(wǎng)片、初噴混凝土。導(dǎo)坑右側(cè)直墻采用噴 C25混凝土臨時支護,厚度 5cm～10cm,并視圍巖情況適當(dāng)加強支護,臨時支護在施工右導(dǎo)坑時再予以挖除。3)左導(dǎo)坑開挖調(diào)整至全斷面、反向開挖右導(dǎo)坑。全斷面調(diào)整里程在向出口方向開挖 40m后,利用斜井改造后臺架,由左導(dǎo)坑向右側(cè)反向擴挖,逐步與左導(dǎo)洞形成正洞標(biāo)準(zhǔn)全斷面,右導(dǎo)洞開挖時初期支護與左導(dǎo)洞閉合成環(huán),之后嚴(yán)格按正洞設(shè)計參數(shù)進(jìn)行初期支護。4)交叉口開挖。形成正洞全斷面開挖后利用改造臺架開挖交叉口剩余 8m,交叉口開挖支護施工期間,在已支護好正洞約 30m范圍拼裝正洞全斷面開挖臺架,在開挖臺架拼裝完畢后,向進(jìn)口方向開始全斷面開挖,第二臺開挖臺架完成后立即投入出口方向開挖施工,即完成交叉口段開挖支護。

3.4 導(dǎo)坑開挖爆破

導(dǎo)坑開挖采用光面爆破,根據(jù)圍巖特點合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線,輔助炮眼交錯均勻布置,周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上,掏槽炮眼加深 20cm。嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量,采用間隔裝藥,使藥量沿炮眼全長均勻分布。

3.5 襯砌模板臺車拼裝施工

在出口方向開挖距離交叉口約 60m時,開始拼裝進(jìn)口方向噴漿、防水板、襯砌模板臺車,然后再拼裝出口方向開挖、噴漿、防水板、襯砌臺車。臺車拼裝期間為避免施工干擾,應(yīng)暫停出口方向開挖。

4 洞內(nèi)監(jiān)控量測

1)加強交叉段圍巖監(jiān)控量測,按要求頻次采集數(shù)據(jù),及時分析,為施工提供指導(dǎo)意見?？紤]到交叉段施工工序繁雜,作業(yè)空間小,人員較多,提前對施工人員進(jìn)行專項培訓(xùn),明晰作業(yè)流程及安全要求。2)在交叉段施工前后,安排專職安全員,定期對洞內(nèi)初期支護結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行監(jiān)控、登記臺賬,及時比對。重點對初支表面開裂、明顯沉降、滲漏水情況進(jìn)行監(jiān)控,提前預(yù)警,以便提前采取措施。

5 結(jié)語

1)交叉口施工時在支護系統(tǒng)未封閉成環(huán)前嚴(yán)禁盲目擴挖,以免形成較大臨空面,造成支護困難,人為增加不安全因素。2)交叉口施工時左導(dǎo)坑開挖后,反向開挖右導(dǎo)坑并調(diào)整至全斷面施工時,可根據(jù)圍巖情況靈活調(diào)整施工順序。當(dāng)圍巖較好時可將臺架退至交叉口按左導(dǎo)坑施工方法開挖右導(dǎo)坑,提前實現(xiàn)全斷面開挖,同時人員、機械可利用斜井空間,活動方便,遇到特殊情況便于人員撤離。3)交叉口工序轉(zhuǎn)換頻繁,作業(yè)空間小,人員、機械較多,施工前需對施工人員進(jìn)行專項培訓(xùn),明確作業(yè)流程及安全要求,做到有備無患。4)施工前編制防坍塌應(yīng)急預(yù)案,準(zhǔn)備應(yīng)急救援物資,施工中安排專職安全人員全過程跟蹤,觀察掌子面及已支護地段圍巖變形情況,發(fā)現(xiàn)危險及時撤出作業(yè)人員,并啟動應(yīng)急預(yù)案。

[1] 溫利強.軟弱圍巖大跨隧道施工技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(13):298-299.