呂臨鐵路前陡泉隧道橫洞轉(zhuǎn)正洞施工技術(shù)

鄧 晶

(中鐵二十局集團(tuán)四公司，山東 青島 266000)

呂臨鐵路前陡泉隧道橫洞轉(zhuǎn)正洞施工技術(shù)

鄧 晶

(中鐵二十局集團(tuán)四公司，山東 青島 266000)

結(jié)合前陡泉隧道工程實(shí)際條件，詳細(xì)介紹了隧道橫洞轉(zhuǎn)正洞“小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法”“大包法”兩種施工技術(shù)方案，并對(duì)挑頂技術(shù)、初期支護(hù)參數(shù)確定以及施工注意事項(xiàng)作了論述，通過(guò)實(shí)踐，得出了一些有意義的結(jié)論。

鐵路隧道，橫洞轉(zhuǎn)正洞，大包法，挑頂

1 工程概述

前陡泉隧道位于黃土梁峁區(qū)，地形起伏較大，多開(kāi)辟為耕地。左線隧道起訖里程為改MDIIK38+730～改MDIIK40+237，隧道全長(zhǎng)為1 507 m。右線隧道起訖里程為改右MDIIK38+670.37～改右MDIIK40+237，隧道全長(zhǎng)為1 566.63 m。隧道于改MDIIK39+672.89由單洞單線并為單洞雙線為燕尾式隧道，隧道最大埋深94.13 m，最大線間距92 m。

前陡泉隧道進(jìn)口和出口總共三個(gè)工作面，僅依靠已有工作面不能按時(shí)完成工程任務(wù)。通過(guò)合理增設(shè)橫洞，增加主洞工作面才能滿足項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)度要求。根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的隧道縱斷面圖信息和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地踏勘測(cè)量數(shù)據(jù)，右洞里程改右MDIIK39+105(拱頂高程為907 m)中線附近位于平均高程為912 m黃土堆積層覆蓋的淺埋低洼處。新增橫洞可分為兩部分，第一部分通過(guò)改右MDIIK39+085右偏35 m處采用明挖施工至右洞長(zhǎng)45 m，與右洞線路中線斜交60°于改右MDIIK39+105=HDK0+040,第二部分通過(guò)60.6 m暗洞與左洞線路中線垂交90°于MDIIK39+123=HDK0+102.05，見(jiàn)圖1。通過(guò)增設(shè)橫洞共增加了四個(gè)主洞工作面，為縮短建設(shè)工期、減少獨(dú)頭掘進(jìn)的長(zhǎng)度提供了有利的施工條件。橫洞與正洞相交處圍巖為Ⅴ級(jí)，橫洞采用單聯(lián)式無(wú)軌運(yùn)輸單車道斷面,洞內(nèi)重車可自行出碴。

2 初期支護(hù)參數(shù)

通過(guò)TRT6000地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)檢測(cè)，橫洞段巖體的穩(wěn)定性較差，巖體破碎，局部裂隙發(fā)育，采用Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)段進(jìn)行支護(hù)，斷面形式、尺寸如圖2所示，初期支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表1。全環(huán)設(shè)置Ⅰ18型鋼鋼架間距0.6 m/榀。橫洞鋪底C25混凝土厚80 cm，拱部、拱墻無(wú)二次襯砌。

表1 橫洞初期支護(hù)參數(shù)

噴射混凝土?6×?8鋼筋網(wǎng)(縱向×環(huán)向)錨桿型鋼鋼架設(shè)置部位厚度cm設(shè)置部位網(wǎng)格間距/cm設(shè)置部位長(zhǎng)度m間距m設(shè)置部位間距m全環(huán)20拱墻20×20拱墻31．0×1．0拱墻、仰拱0．6

正洞右線改右MDIIK39+078～改右MDIIK39+200和左線改MDIIK39+050～改MDIIK39+268段設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別Ⅴ級(jí)，鋼架間距0.75 m/榀，其余初期支護(hù)參數(shù)與橫洞一致，如圖3所示。

橫洞總長(zhǎng)60.6 m，屬于臨時(shí)通道，僅施作初期支護(hù)，利用完之后立即做回填處理，為保證橫洞的安全使用鋼架間距比正洞的鋼架間距減小0.15 m/榀。

3 橫洞轉(zhuǎn)正洞施工方案的選擇

橫洞是隧道工程中常見(jiàn)的輔助坑道形式。下面就分別介紹了“小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法”“大包法”兩種施工工法。

3.1 “小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法”施工步驟

先采用小斷面導(dǎo)洞正常掘進(jìn)，導(dǎo)洞進(jìn)入正洞范圍時(shí)拱架與正洞拱架互相垂直，然后逐漸偏轉(zhuǎn)導(dǎo)洞拱架的指向。通過(guò)一個(gè)合理的彎道調(diào)整使導(dǎo)洞方向與正洞線路方向平行，導(dǎo)洞中線與正洞線路中線重合。雙洞中線重合后開(kāi)始擴(kuò)大導(dǎo)洞開(kāi)挖，逐漸調(diào)整導(dǎo)洞初期支護(hù)內(nèi)輪廓尺寸，直至導(dǎo)洞斷面內(nèi)輪廓與正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面內(nèi)輪廓一致。導(dǎo)洞指向的正洞方向工作面已經(jīng)形成，反方向開(kāi)挖導(dǎo)洞與正洞相交段，拆除臨時(shí)支護(hù)，擴(kuò)挖至正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面，形成作業(yè)面，如圖4所示。

前陡泉隧道如果采用“小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法”轉(zhuǎn)正洞施工方案，因開(kāi)挖斷面在橫洞轉(zhuǎn)正洞之初不做調(diào)整，待進(jìn)入正洞后進(jìn)行上挑擴(kuò)挖，可以安全快速的實(shí)現(xiàn)單向橫洞轉(zhuǎn)正洞施工。但反方向破除橫洞與正洞交叉段臨時(shí)支護(hù)時(shí)，施工難度大而且存在安全隱患。

3.2 “大包法”施工步驟

提前偏轉(zhuǎn)橫洞掘進(jìn)方向，保證在正洞范圍內(nèi)橫洞拱架與正洞拱架是互相垂直的關(guān)系。從橫洞掌子面距正洞范圍15 m左右，拱頂開(kāi)始逐漸擴(kuò)挖，至正洞拱頂時(shí)，橫洞拱頂高程比正洞設(shè)計(jì)拱頂高程高出0.7 m。然后繼續(xù)按臺(tái)階法水平掘進(jìn)橫洞斷面至貫穿正洞范圍后封閉橫洞掌子面。在正洞范圍內(nèi)的橫洞兩側(cè)拱架上放樣出正洞的輪廓線，在輪廓線附近施作完雙層超前小導(dǎo)管后，按短臺(tái)階法雙向開(kāi)挖正洞，進(jìn)行正洞施工，如圖5所示。

前陡泉隧道采用“大包法”轉(zhuǎn)正洞施工方案，可以更快速的打開(kāi)雙向正洞掘進(jìn)工作面，難點(diǎn)是橫洞轉(zhuǎn)正洞施工中臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)形式逐榀變化，交叉段內(nèi)因開(kāi)挖高度增大，安全隱患增多，需要通過(guò)加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)來(lái)降低安全風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合前陡泉隧道橫洞轉(zhuǎn)正洞實(shí)際施工情況，“小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法”和“大包法”綜合比較見(jiàn)表2。

表2 橫洞轉(zhuǎn)正洞“小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法”“大包法”施工技術(shù)的綜合比較

通過(guò)以上兩種方案在前陡泉隧道橫洞轉(zhuǎn)正洞實(shí)際施工中的論證，采用“大包法”轉(zhuǎn)正洞施工工法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此前陡泉隧道選擇了“大包法”橫洞轉(zhuǎn)正洞方案，并且在“大包法”的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際施工需要做了一些變動(dòng)。具體施工步驟如下：

1)橫洞洞口工程。自橫洞HDK0+000到橫洞HDK0+045段埋深較淺地質(zhì)情況復(fù)雜，原地面以下0 m～10 m屬于新黃土堆積層具濕陷性，10 m～13 m屬于強(qiáng)風(fēng)化砂巖，13 m～16 m屬于弱風(fēng)化砂巖，巖體破碎，采用明挖施工與右洞相交代替暗洞掘進(jìn)。明挖通道黃土邊坡高約12 m，坡比1∶0.5，采用網(wǎng)噴防護(hù)。右洞和橫洞暗洞前進(jìn)方向，拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置φ89中管棚超前支護(hù)，長(zhǎng)13 m，環(huán)向間距0.4 m，待注漿完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開(kāi)始掘進(jìn)作業(yè)。

2)橫洞洞身開(kāi)挖。自橫洞HDK0+045到橫洞HDK0+089.8保持直線掘進(jìn)方向不變，縱坡為-7.7%，初期支護(hù)斷面輪廓和左洞斷面輪廓一樣，初期支護(hù)參數(shù)按Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)段鋼架間距加密為0.6 m/榀。HDK0+089.8～HDK0+097段按圓曲線方向掘進(jìn)，最終橫洞中線垂直于左洞線路中線，鋼架斷面輪廓逐榀擴(kuò)大，保證交叉段運(yùn)輸通道暢通，共13榀，每榀外擴(kuò)5 cm，拱頂按8.3%上挑開(kāi)挖，坑底按-7.7%開(kāi)挖。

3)鎖口鋼架和門形鋼架的設(shè)置。橫洞HDK0+097～HDK0+098.5段設(shè)置鎖口鋼架加強(qiáng)支護(hù)，Ⅰ18型鋼鋼架間距按0.5 m/榀加密支護(hù)，HDK0+097～HDK0+097.5之間外擴(kuò)開(kāi)挖架設(shè)2榀Ⅰ18門形鋼架，鋼架緊密排列采用φ22 mm連接筋焊接，每側(cè)增設(shè)φ42鎖腳錨管6根，長(zhǎng)4 m，組成加強(qiáng)支護(hù)體系，如圖6所示。

4)橫洞與正洞交叉部分開(kāi)挖。導(dǎo)洞與正洞交叉部分HDK0+098.5～HDK0+105.6，長(zhǎng)7.1 m。導(dǎo)洞拱部120°范圍內(nèi)采用φ42小導(dǎo)管超前支護(hù)，長(zhǎng)3.5 m，間距0.4 m，搭接長(zhǎng)度1.1 m，防止開(kāi)挖中上部土體掉塊坍塌形成空洞。 導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)采用Ⅰ18型鋼鋼架0.6 m/榀，邊墻、頂部采用φ8鋼筋網(wǎng)片20 cm×20 cm間距布置；邊墻采用φ22系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)3 m，間距1 m，梅花形布置；邊墻、頂部、底部均噴射C25混凝土20 cm；邊墻底腳增設(shè)兩根φ42,長(zhǎng)4 m的鎖腳錨管。導(dǎo)洞開(kāi)挖至左洞中線位置改MDIIK39+123=HDK0+102.5時(shí)，拱頂高程超出正洞設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線60 cm。HDK0+102.5～HDK0+105.6段平坡開(kāi)挖貫穿左洞至端墻后停止掘進(jìn)，噴射C25混凝土封閉掌子面。

5)橫洞轉(zhuǎn)正洞之前挑頂施工。導(dǎo)洞施工完畢后，在導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)進(jìn)行正洞初期支護(hù)施工。正洞鋼架右側(cè)落到橫洞Ⅰ18門形鋼架的橫梁上，左側(cè)落到穩(wěn)固的基巖上，每榀增設(shè)兩根φ42，長(zhǎng)4 m的鎖腳錨管。正洞改MDIIK39+121～改MDIIK39+125里程段架設(shè)9榀變動(dòng)后的正洞拱架如圖7所示，預(yù)留20 cm沉降量。正洞與導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)之間的空隙用C25噴射混凝土填充。交叉口地段處于復(fù)雜的三維受力狀態(tài)，嚴(yán)格按照監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行布點(diǎn)和觀測(cè)。

6)正洞洞身開(kāi)挖。在導(dǎo)洞兩側(cè)側(cè)壁上放線畫出正洞外輪廓線，拱部120°范圍內(nèi)采用φ42小導(dǎo)管超前支護(hù)，長(zhǎng)4 m，間距0.4 m，超前施作完成后，沿正洞大里程支護(hù)拱架外輪廓線以下割除導(dǎo)洞邊墻鋼架，并使割除鋼架后正洞外輪廓線以上鋼架與正洞鋼架焊接牢固，正洞大里程方向初期支護(hù)封閉成環(huán)后，用同樣的工法朝正

洞小里程掘進(jìn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工注意事項(xiàng)及結(jié)論

4.1 施工注意事項(xiàng)

通過(guò)“大包法”施工工法的實(shí)施，成功從橫洞轉(zhuǎn)入正洞施工，施工過(guò)程中應(yīng)注意以下幾方面：1)根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)檢測(cè)報(bào)告資料核對(duì)地質(zhì)情況，當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符應(yīng)及時(shí)修正施工方案。2)堅(jiān)持“重核對(duì)、先排水、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、早成環(huán)、勤量測(cè)、快襯砌、工序緊”的原則。3)加大沉降變形監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)變化異常，必須采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，消除安全隱患。4)導(dǎo)洞采用人工配合機(jī)械開(kāi)挖，杜絕使用大型機(jī)械設(shè)備一次開(kāi)挖到位。機(jī)械作業(yè)時(shí)配備專人指揮，以防對(duì)已支護(hù)好的鋼架發(fā)生剮蹭，損壞鋼架造成不必要的安全隱患。5)挑頂施工原則上不采用爆破作業(yè)，采用小型挖掘機(jī)配合人工風(fēng)鎬開(kāi)挖，拆除作業(yè)采用大型鑿巖機(jī)，如必須采用爆破作業(yè)時(shí)，洞內(nèi)作業(yè)人員需撤離至安全地點(diǎn)。6)重視臨時(shí)支護(hù)體系和各鋼架鎖腳錨桿的施工質(zhì)量。7)門架受到圍巖的壓力和正洞初期支護(hù)自身的重力，門架和橫洞初期支護(hù)要形成整體支護(hù)體系。8)橫洞轉(zhuǎn)正洞后交叉地段的運(yùn)輸通道要保證暢通，如果橫洞凈寬不能滿足運(yùn)輸要求，施作橫洞時(shí)需在進(jìn)入主洞前做加寬處理。

4.2 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)“小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法”“大包法”兩種常規(guī)橫洞轉(zhuǎn)正洞施工技術(shù)在前陡泉隧道橫洞施工中的可行性、合理性論證，以及對(duì)“大包法”轉(zhuǎn)正洞技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用表明，“小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法”可以安全快速的實(shí)現(xiàn)單向橫洞轉(zhuǎn)正洞施工，但不利于反方向開(kāi)辟正洞工作面，當(dāng)需要開(kāi)辟正洞雙向工作面時(shí)，“大包法”施工方案有明顯的優(yōu)勢(shì)。

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On construction technique for reconstruction of transversetunnels into main tunnels at Qiandouquan Tunnel along Lvliang-Linxian Railway

DENG Jing

(TheFourthCompany,ChinaRailway20thGroup,Qingdao266000,China)

Combining with the factual conditions at Qiandouquan Tunnel project, the paper mainly introduces the comparison between two construction schemes for the reconstruction of transverse tunnels into main tunnels, the small pilot drift expanding excavation method and full-envelope method, indicates the roof brushing, primary support parameter identification and construction precautions, achieves some meaningful conclusion by practice.

railway tunnel, reconstruction of transverse tunnels into main tunnels, full-envelope method, roof brushing

2014-07-13

鄧 晶(1989- )，男，助理工程師

1009-6825(2014)27-0185-03

U455

A