地下風(fēng)機(jī)房與風(fēng)道交叉口段四連拱隧道施工技術(shù)

楊秀文

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限責(zé)任公司，山西太原 030012)

1 工程概況

長平高速公路是新建長治至安陽高速公路中山西省境內(nèi)管段，其中虹梯關(guān)隧道設(shè)計(jì)為雙行四車道分離式單洞，單洞全長13 km。出于運(yùn)營通風(fēng)考慮，在隧道線路右側(cè)設(shè)置四個(gè)通風(fēng)斜井及兩個(gè)地下風(fēng)機(jī)房。

虹梯關(guān)隧道輔助通風(fēng)巷道的地下風(fēng)機(jī)房具有斷面多、跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、洞室交叉多、群洞效應(yīng)明顯的特點(diǎn)。施工難度極大，安全風(fēng)險(xiǎn)非常高。

地下風(fēng)機(jī)房洞室群主要由排風(fēng)道，送風(fēng)道，運(yùn)輸通道，避難通道，檢修通道，風(fēng)機(jī)房及配電工作室組成。其1號(hào)地下風(fēng)機(jī)房和1號(hào)，2號(hào)斜井及正洞左右線關(guān)系平面布置詳圖見圖1。

圖1 1號(hào)地下風(fēng)機(jī)房和1號(hào)，2號(hào)斜井及正洞左右線關(guān)系平面布置圖

在該布置結(jié)構(gòu)中，施工的重難點(diǎn)在四條風(fēng)道與風(fēng)機(jī)房的八個(gè)交叉口段落的四連拱隧道。由風(fēng)機(jī)房算起，向兩側(cè)風(fēng)道展開，四連拱隧道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型式分別為SC1-8型襯砌段，長2 m，結(jié)構(gòu)斷面為連拱型同一斷面;SC1-9型襯砌段，長6m，結(jié)構(gòu)斷面為連拱型喇叭口變截面斷面;SC1-10型襯砌段，長6 m，結(jié)構(gòu)斷面為小凈距型喇叭口變截面斷面。

2 四條風(fēng)道與風(fēng)機(jī)房的八個(gè)交叉口段落的四連拱隧道設(shè)計(jì)情況

設(shè)計(jì)1號(hào)，2號(hào)通風(fēng)斜井由送排風(fēng)道進(jìn)入正洞需穿越1號(hào)地下風(fēng)機(jī)房，在風(fēng)道與地下風(fēng)機(jī)房相交處(JC1-6交叉口)為四連拱及小凈距隧道(SC1-8，SC1-9，SC1-10型襯砌斷面)。

設(shè)計(jì)SC1-10型襯砌段為小凈距隧道，長度2×6．0 m，1號(hào)送排風(fēng)道采用Ⅰ14型鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、錨噴網(wǎng)支護(hù);2號(hào)送排風(fēng)道采用打設(shè)系統(tǒng)錨桿、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土支護(hù)。

SC1-9型襯砌段設(shè)計(jì)為四連拱隧道，長度2×6．0 m，1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道間中隔墻寬度由4．475 m漸變?yōu)?．0 m;2號(hào)送排風(fēng)道間中隔墻寬度由3．85 m漸變?yōu)?．0 m;1號(hào)送排風(fēng)道間中隔墻寬度由5．25 m漸變?yōu)?．0 m。2號(hào)送排風(fēng)道拱部采用Ⅰ14型鋼拱架支護(hù)，1號(hào)送排風(fēng)道采用Ⅰ18型鋼拱架支護(hù)，風(fēng)道間拱架拱腳全部支撐于中隔墻上。

SC1-8型襯砌段設(shè)計(jì)同樣為四連拱隧道，長度2×2．0 m，風(fēng)道間中隔墻寬度均為2．0 m，1號(hào)送排風(fēng)道拱部采用Ⅰ18型鋼拱架支護(hù);2號(hào)送排風(fēng)道拱部采用Ⅰ14型鋼拱架支護(hù)，拱架拱腳全部支撐于中隔墻上。

3 施工開挖順序

開挖穿越SC1-8，SC1-9，SC1-10型襯砌段是該項(xiàng)工程施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是安全控制的重點(diǎn)，為保證安全、平穩(wěn)、快速通過，擬采取以下方法施工:1)首先由1號(hào)，2號(hào)斜井側(cè)按照排風(fēng)通道斷面進(jìn)行1號(hào)，2號(hào)排風(fēng)道開挖支護(hù)至SC1-10斷面，然后進(jìn)行SC1-10，SC1-9，SC1-8型三斷面間變截面襯砌斷面開挖支護(hù);在SC1-8型襯砌斷面開挖支護(hù)完成后，由1號(hào)排風(fēng)道進(jìn)行挑頂施工地下風(fēng)機(jī)房，形成地下風(fēng)機(jī)房拱部開挖支護(hù)斷面后，沿風(fēng)機(jī)房中線向風(fēng)機(jī)房兩端進(jìn)行地下風(fēng)機(jī)房開挖及支護(hù)施工。2號(hào)排風(fēng)道在SC1-8型襯砌斷面開挖支護(hù)完成后，按該斷面尺寸穿越風(fēng)機(jī)房，進(jìn)行對(duì)面SC1-8，SC1-9，SC1-10型三斷面間變截面襯砌斷面開挖支護(hù);在SC1-10型襯砌斷面施工完成后，進(jìn)入2號(hào)排風(fēng)通道正常斷面施工，并與正洞左線盡早貫通。在地下風(fēng)機(jī)房開挖及支護(hù)施工完成后，也實(shí)現(xiàn)了1號(hào)，2號(hào)斜井在風(fēng)機(jī)房內(nèi)連通的目標(biāo)。1號(hào)，2號(hào)斜井與正洞左線通過風(fēng)機(jī)房實(shí)現(xiàn)連通，將為風(fēng)機(jī)房后續(xù)工作的安全施工創(chuàng)造有利條件。2)風(fēng)機(jī)房襯砌斷面開挖支護(hù)完成后，加緊進(jìn)行運(yùn)輸通道開挖支護(hù)，盡早實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸通道貫通主線的目標(biāo)，以利于風(fēng)機(jī)房施工安全及材料運(yùn)輸?shù)谋憷?)運(yùn)輸通道與主線左洞貫通后，澆筑1號(hào)，2號(hào)排風(fēng)道SC1-8，SC1-9，SC1-10型三斷面間變截面二次襯砌，然后中導(dǎo)洞法開挖支護(hù)1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道SC1-8，SC1-9，SC1-10型三斷面間變截面襯砌斷面，施作二次襯砌。4)1號(hào)，2號(hào)排送風(fēng)通道完成后，進(jìn)行避難通道、檢修通道及配電室施工。

4 具體施工方法、工藝

設(shè)計(jì)SC1-10型襯砌段為小凈距隧道，SC1-9型襯砌段為四連拱變截面隧道，同時(shí)為方便施工，施工時(shí)將按照相應(yīng)排送風(fēng)道開挖斷面進(jìn)行開挖，待開挖完四連拱中導(dǎo)洞后進(jìn)行SC1-8，SC1-9，SC1-10型襯砌段擴(kuò)挖成型施工。

四連拱隧道段1號(hào)，2號(hào)送排風(fēng)道，采取以下施工方法:

設(shè)計(jì)連拱隧道之間為整體式中隔墻，施工時(shí)將1號(hào)，2號(hào)送排風(fēng)道間整體式中隔墻改為疊合式中隔墻，即將1號(hào)，2號(hào)排風(fēng)道斷面擴(kuò)大，并保證相鄰風(fēng)道在中隔墻處的設(shè)計(jì)襯砌厚度，同時(shí)將1號(hào)，2號(hào)排風(fēng)道拱部鋼拱架接長落底，施作錨噴網(wǎng)支護(hù)，相鄰風(fēng)道拱部鋼拱架搭接支撐于1號(hào)，2號(hào)排風(fēng)道初期支護(hù)內(nèi)鋼拱架上，拱腳設(shè)置連接鋼板與之連接牢固。1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道仍按照設(shè)計(jì)施工方案中導(dǎo)洞法開挖支護(hù)。

因四連拱隧道受力復(fù)雜，施工時(shí)在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增設(shè)初期支護(hù)仰拱及襯砌仰拱，封閉成環(huán)，以保證洞身結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定。

調(diào)整后襯砌支護(hù)參數(shù):

1)初期支護(hù)內(nèi)型鋼拱架1號(hào)排風(fēng)道由原設(shè)計(jì)Ⅰ18工字鋼改為Ⅰ20b工字鋼，2號(hào)排風(fēng)道由原設(shè)計(jì)Ⅰ14工字鋼改為Ⅰ18工字鋼，縱向間距均由原設(shè)計(jì)1．0 m調(diào)整為0．6 m;噴射混凝土厚度1號(hào)排風(fēng)道為26 cm，2號(hào)排風(fēng)道24 cm。

2)原設(shè)計(jì)φ22砂漿錨桿均改為D25中空注漿錨桿，1號(hào)送排風(fēng)道錨桿每根長度4．0 m，2號(hào)送排風(fēng)道錨桿每根長度3．5 m，間距均為60 cm×100 cm。

3)增設(shè)初期支護(hù)仰拱及襯砌仰拱，仰拱內(nèi)鋼拱架1號(hào)排風(fēng)道采用Ⅰ20b工字鋼，2號(hào)排風(fēng)道采用Ⅰ18工字鋼;襯砌仰拱厚度1號(hào)送排風(fēng)道55 cm，2號(hào)送排風(fēng)道45 cm。

4)將1號(hào)，2號(hào)送排風(fēng)道間中隔墻墻身加高，基礎(chǔ)加深，初期支護(hù)內(nèi)仰拱鋼拱架支撐于中隔墻基礎(chǔ)兩端，并在基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋鋼板與鋼拱架焊接牢固。

5)將1號(hào)，2號(hào)排風(fēng)道位于中隔墻一側(cè)拱部鋼拱架接長落底，縱向間距60 cm，噴射混凝土厚度1號(hào)排風(fēng)道26 cm，2號(hào)排風(fēng)道24 cm。

6)二次襯砌按照調(diào)整后斷面施工，內(nèi)部凈空尺寸符合設(shè)計(jì)要求，襯砌鋼筋在拱部、邊墻和仰拱內(nèi)全環(huán)布設(shè)，鋼筋直徑、規(guī)格、間距均維持原設(shè)計(jì)。

7)超前支護(hù)1號(hào)排風(fēng)道采用φ42 mm×4 mm無縫鋼管，每根長4．0 m，環(huán)向間距35 cm，縱向每1．2 m一排，沿拱部環(huán)向布設(shè);4號(hào)排風(fēng)道采用φ42 mm×4 mm無縫鋼管，每根長3．5 m，環(huán)向間距35 cm，縱向每1．2 m一排，沿拱部環(huán)向布設(shè)。注漿采用水泥單液漿。

中導(dǎo)洞法施工工藝。中導(dǎo)洞法施工1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道SC1-8，SC1-9，SC1-10型襯砌段。具體施工方法及工藝如圖2所示。

圖2 1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道中導(dǎo)洞法施工步序圖

1)Ⅰ:開挖中導(dǎo)洞，架立鋼架，打設(shè)系統(tǒng)錨桿，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土完成支護(hù)，立模澆筑中隔墻混凝土;2)Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ:施加中隔墻橫向臨時(shí)支撐，并將中隔墻頂部與圍巖間空隙用混凝土回填密實(shí)，然后進(jìn)行2號(hào)送風(fēng)道開挖，架立鋼架，施作錨噴網(wǎng)支護(hù);3)Ⅴ:開挖2號(hào)送風(fēng)道仰拱，架立鋼架，施作錨噴網(wǎng)支護(hù);4)Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ，Ⅸ:1號(hào)送風(fēng)道一側(cè)開挖，架立鋼架，周邊錨噴網(wǎng)支護(hù)。

1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道開挖支護(hù)完成后，破除中導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)及臨時(shí)中隔墻和臨時(shí)仰拱，施作1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道二次襯砌。

中導(dǎo)洞設(shè)計(jì)采用直墻加半圓拱斷面，凈寬6．6 m，凈高6．316 m，初期支護(hù)采用Ⅰ14型鋼拱架，縱向間距為0．8 m，采用φ22鋼筋連接，連接鋼筋環(huán)向間距為1．0 m;在拱部、邊墻部位打設(shè)D25中空注漿錨桿，每根長度3．0 m，間距為100 cm×80 cm，梅花形布置;拱架與巖面間鋪設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為20 cm×20 cm，20 cm厚C20噴射混凝土(見圖3)。

圖3 連拱隧道中導(dǎo)洞支護(hù)斷面圖

因1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道開挖支護(hù)需前后錯(cuò)開施工，由于左右兩洞的不對(duì)稱施工，以及爆破的震動(dòng)，分步施工的反復(fù)擾動(dòng)，通過左右洞的初期支護(hù)將壓力傳遞到中墻，易造成中墻受力的不平衡。當(dāng)中墻不能抵抗這種單側(cè)推力而發(fā)生較大位移時(shí)，將會(huì)引起拱部支護(hù)開裂失穩(wěn)，為確保中墻的穩(wěn)定，必須采取以下防范措施:

1)合理組織施工工序，作好控制爆破及控制進(jìn)尺，每循環(huán)進(jìn)尺控制在0．8 m，以減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

2)1號(hào)，2號(hào)送風(fēng)道開挖前，在中墻混凝土澆筑完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，及時(shí)將中墻頂部與圍巖之間的空隙用混凝土回填密實(shí)，并采用Ⅰ20工字鋼對(duì)后開挖一側(cè)施加中隔墻橫向臨時(shí)支撐，以確保中隔墻穩(wěn)定，橫向臨時(shí)支撐上下共設(shè)四道，間距92 cm，縱向間距為1．0 m(見圖4)。

圖4 連拱隧道中隔墻兩側(cè)橫向臨時(shí)支撐圖

虹梯關(guān)隧道輔助通風(fēng)巷道的地下風(fēng)機(jī)房系統(tǒng)從2012年3月開始施工，至2013年3月結(jié)束，由于施工開挖順序安排合理，具體施工方法、工藝符合實(shí)際施工情況，安全快速的完成了風(fēng)道與風(fēng)機(jī)房交叉地段復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工，從而實(shí)現(xiàn)了該工程整體安全高效、保證施工質(zhì)量的完成施工任務(wù)。

［1］劉運(yùn)微，賈勛濤，康寶龍．隧道淺埋不良地質(zhì)段施工方法的優(yōu)化［J］．山西建筑，2012，38(31):184-185．