破碎圍巖斜井調(diào)洞施工技術(shù)

張文博

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

策馬村隧道位于山西省太原市偏遠(yuǎn)郊區(qū)，隧道起訖里程為DK60+172～DK67+044，全長6 872.0 m。隧道設(shè)計(jì):單面上坡，坡度為11‰的雙線隧道，斜井與線路(右線中心)相交夾角為46°，斜井與正線相交于直線上。斜井與正洞相處地質(zhì)情況為:圍巖為寒武系中統(tǒng)頁巖，裂隙、節(jié)理很發(fā)育，巖體破碎，承載力基本值為800 kPa，巖土施工工程分級為Ⅴ級。

2 斜井與正洞過渡形式

策馬村隧道增加斜井以46°與正洞相交，且此處巖體破碎，節(jié)理、裂隙很發(fā)育，如果采用“喇叭口”的形式過渡到正洞，斜井與正洞交界面處斜井跨度很大，達(dá)到19 m，施工難度極大，且成本較高，為保證交界處在三維受力作用下的安全，及交界處的安全運(yùn)營，在滿足施工機(jī)械作業(yè)、行車凈空，車輛通行安全、暢通的前提下，策馬村隧道斜井采取如上方式過渡到正洞(平面布置見圖1)，斜井左側(cè)邊線與線路方向的夾角為60°，右側(cè)邊線采取圓曲線的形式與正洞相交于右側(cè)邊線。

圖1 斜井與主洞相交處平面布置圖

3 斜井向正洞斷面轉(zhuǎn)換施工技術(shù)措施

3.1 開挖方法

根據(jù)斜井與正洞相交角度，在斜井與正洞交接范圍內(nèi)安裝異型鋼架，完成由垂直于斜井中線到平行于正洞中線的過渡，具體為左側(cè)2.31 m范圍內(nèi)間距21 cm，右側(cè)13.2 m范圍內(nèi)間距為120 cm，安裝過程中通過測量確定異型鋼架中線位置，然后通過施工橫向?qū)Э舆M(jìn)入正洞洞身開挖。

3.1.1 斜井與正洞交接段斜井開挖

因該段開挖施工工序多，施工中存在多次斷面轉(zhuǎn)換，施工難度大，開挖后支護(hù)閉合時間長等諸多不利因素，采用臺階法施工。從XDK0+30處變下坡道(設(shè)計(jì)為7.5%)為平坡，結(jié)合鋼架尺寸，斜井與正洞交界處上臺階高度為3.5 m(如斜井轉(zhuǎn)入正洞開挖步序見圖2)。

圖2 斜井轉(zhuǎn)入正洞開挖步序圖

3.1.2 斜井轉(zhuǎn)入正洞橫向?qū)Э娱_挖

斜井上臺階開挖支護(hù)與正洞交界處后，于正洞與斜井相交里程起，采用垂直于線路方向的橫向?qū)Э舆M(jìn)入正洞洞身開挖，于正洞中線處達(dá)到正洞拱頂高程，橫向?qū)Э庸绊敻叱瘫日丛O(shè)計(jì)開挖線高出28 cm，包括預(yù)留變形沉落量8 cm和臨時支護(hù)厚度20 cm。

考慮此段圍巖破碎，開挖過程中嚴(yán)格控制進(jìn)尺，每循環(huán)進(jìn)尺1榀鋼架，開挖后及時進(jìn)行初噴混凝土，在①部臺階主洞部分(橫向?qū)Э?開挖時采用門式Ⅰ16鋼架臨時支撐(間距1 m)，橫向?qū)Э庸绊敳糠珠_挖及支護(hù)按主洞弧形控制。臨時鋼架布設(shè)見圖3。

3.1.3 斜井與正洞交接段正洞開挖

1)橫向?qū)Э娱_挖完成后，及時施作橫向?qū)Э臃秶闹鞫闯跗谥ёo(hù)，主洞鋼架一端與設(shè)置的鋼托梁焊接牢固，另一端加強(qiáng)鎖腳錨桿，確保主洞鋼架的穩(wěn)固。

2)沿隧道正洞大里程方向，拆除門式Ⅰ18鋼架臨時支撐，向前開挖①部(上臺階弧形導(dǎo)坑)。向前開挖10 m后，噴射混凝土封閉掌子面，暫停該方向開挖，開挖②部，待②部與①部相差1.5 m時，暫停該方向開挖。

3)掉頭拆除隧道正洞小里程方向門式Ⅰ18鋼架臨時支撐，開挖①部(上臺階弧形導(dǎo)坑)。向前開挖10 m后，噴射混凝土封閉掌子面，暫停該方向開挖，開挖②部，待②部與①部相差1.5 m時，暫停該方向開挖，向大里程方向開挖③部，沿大里程方向形成正常開挖步序、正常施工。

4)待正洞拱架落底后及時施作交接段正洞的仰拱，使初期支護(hù)與仰拱及早成環(huán)，確保工程安全。正洞開挖步序圖見圖4。

3.2 斜井與正洞交接處支護(hù)參數(shù)

3.2.1 斜井與正洞交接段斜井支護(hù)參數(shù)

1)斜井在靠近主洞洞口段采用Ⅰ20鋼架，左側(cè)3.09 m范圍內(nèi)間距30.9 cm，右側(cè)12.83 m范圍內(nèi)間距為128.3 cm，鋼架采用φ22螺紋鋼筋縱向連接筋焊接在一起，連接筋環(huán)向間距1 m，拱腳采用φ42鎖腳錨管加固。

2)斜井拱墻噴射C20混凝土厚25 cm，拱墻設(shè)φ22砂漿錨桿，長3 m，間距1.0 m×1.0 m(環(huán)向×縱向)，梅花形布置，拱墻掛φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25 cm×25 cm，搭接1個～2個網(wǎng)格。

3)配合鋼架設(shè)φ42超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，小導(dǎo)管長4.5 m，間距0.4 m ×3 m(環(huán)向 × 縱向)，布設(shè)范圍拱頂120°。

圖3 橫向?qū)Э愉摷懿贾脠D

圖4 正洞開挖步序圖

3.2.2 斜井轉(zhuǎn)入正洞橫向?qū)Э又ёo(hù)參數(shù)

橫向?qū)Э釉O(shè)計(jì)凈寬4 m，詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸見橫向?qū)Э愉摷懿贾脠D(見圖5，圖6)。支護(hù)參數(shù)為:Ⅰ18型鋼鋼架，間距1 m/榀，φ22錨桿，長度3.0 m，間距1.0 m ×1.0 m，梅花形布置于拱頂范圍;φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距0.25 m×0.25 m;噴射C20混凝土，厚度20 cm。

3.2.3 斜井與正洞交接段正洞支護(hù)參數(shù)

主洞段設(shè)計(jì)采用Ⅴ級圍巖一般錨段復(fù)合式襯砌，此處圍巖破碎且長時間不能封閉，在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對此處初期支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，支護(hù)參數(shù)為:

1)設(shè)置13 cm×16 cm格柵鋼架，間距1.0 m，鋼架采用φ22螺紋鋼筋縱向連接筋焊接在一起，連接筋環(huán)向間距1 m，拱腳采用φ42鎖腳錨管加固。

圖5 斜井與主洞交界處鋼架布置圖（一）

圖6 斜井與主洞交界處鋼架布置圖（二）

2)拱墻噴射C25混凝土厚18 cm，拱部設(shè)φ25組合中空錨桿，邊墻設(shè)φ22砂漿錨桿，兩種錨桿均長3 m，間距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，拱墻掛φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25 cm×25 cm，搭接1個～2個網(wǎng)格。

3)配合鋼架設(shè)φ42超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，小導(dǎo)管長4.5 m，間距0.4 m×3 m(環(huán)向×縱向)，布設(shè)范圍拱頂120°。

3.3 斜井與正洞鋼架相交處的處理

由于正洞圍巖破碎且開挖斷面較大，為確保挑頂段正洞施工安全，在橫洞與正洞交界處設(shè)置一加強(qiáng)環(huán)，加強(qiáng)環(huán)由三榀Ⅰ20b工字鋼焊接而成，噴25 cm厚混凝土覆蓋鋼架。在斜井與正洞交接處施工的異型鋼架段底板增加初期支護(hù)，具體為:Ⅰ18工字鋼按異形鋼架間距布設(shè)、噴25 cm厚C20混凝土，并及早施作斜井底板與二襯。

1)為保證主洞鋼架有穩(wěn)固的落腳點(diǎn)，將斜井與主洞相交處鋼架用三榀Ⅰ20b鋼架焊接而成，上設(shè)Ⅰ20b工字鋼托梁，如:斜井與主洞鋼架布置圖見圖5，主洞鋼架落在托梁上并與托梁焊接在一起，相交處主洞鋼架加工尺寸如:斜井與主洞交界處鋼架布置圖見圖6。

2)主洞鋼架拱腳處加設(shè)鎖腳錨管，與斜井鋼架連接處拱腳設(shè)4根長4 m的鎖腳錨管，以保證拱架穩(wěn)固。

3)斜井與正洞相交處的托梁和鋼架之間采用Ⅰ20b鋼支撐(三榀工字鋼焊接而成)焊接在一起，Ⅰ20鋼支撐間距為1.0 m(與主洞鋼架一致)，主洞鋼架落在鋼支撐上頂在托梁上，具體如托梁與主洞鋼架和鋼支撐連接布置圖見圖7。

圖7 托梁與主洞鋼架和鋼支撐連接布置圖

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 斜井與正洞交接處斜井范圍的施工

初期支護(hù)順序:初噴，鋼架安設(shè)，掛網(wǎng)(施工超前小導(dǎo)管)，鎖腳錨桿，噴射混凝土，注漿，超前小導(dǎo)管配合鋼架對下一循環(huán)進(jìn)行超前支護(hù)，長度4.5 m，外插角5°～15°。封好管口，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，及時注漿。待水泥漿固結(jié)后進(jìn)行下一循環(huán)的開挖。

4.2 斜井與正洞交界面的施工

斜井與正洞交界面處的鋼架，采取三榀Ⅰ20b工字鋼焊接而成，作為主洞拱架的落腳點(diǎn)的鋼支撐和托梁與鋼架焊接成一個整體，必須確保焊接質(zhì)量。

4.3 斜井與正洞交接處正洞范圍的施工

1)橫向?qū)Э拥氖┕?。在施工橫向?qū)Э蛹唇唤犹幷瓷吓_階時，所架立的臨時鋼支撐標(biāo)高必須高于主洞設(shè)計(jì)開挖標(biāo)高，并預(yù)留一定變形量，防止初期支護(hù)侵入二襯。

2)正洞施工。a.橫向?qū)Э邮┕ね瓿珊?，立即進(jìn)行橫向?qū)Э臃秶恼闯踔?，待噴射混凝土?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可拆除橫向?qū)Э优R時鋼支撐，進(jìn)行正洞上臺階的開挖、支護(hù)，主洞鋼架與鋼支撐及鋼托梁連接牢固。b.每一開挖循環(huán)的進(jìn)尺為1.2 m(一榀鋼架間距)，在上臺階施工10 m左右，停止開挖上臺階，開挖斜井下臺階及正洞中臺階，待正洞中臺階開挖距上臺階1.5 m時，反方向開挖正洞另一側(cè)上臺階，最后開挖斜井底部及時施作底板，并進(jìn)行正洞下臺階的開挖、支護(hù)，工作空間滿足的情況下及時施作主洞仰拱及仰拱填充，使主洞初期支護(hù)與仰拱及早成環(huán)，以正常的施工工序施工正洞。

5 結(jié)語

策馬村隧道斜井于破碎圍巖中與正洞交接，我們通過控制交接處跨度及每步開挖斷面，合理選擇了斜井到正洞的過渡形式，順利的完成了斜井到正洞的斷面轉(zhuǎn)換。

[1] TZ 231-2007，鐵路工程施工技術(shù)指南[S].

[2] GB 50026-2007，工程測量規(guī)范[S].