云桂鐵路對門山隧道斜井挑頂進(jìn)洞技術(shù)方案

才泳

摘要：結(jié)合Ⅰ級雙線鐵路大斷面隧道的特點，介紹了云桂鐵路對門山隧道掘進(jìn)由斜井安全進(jìn)入正洞的施工方法，旨在能夠作為類似隧道項目施工的參考，或?qū)︻愃扑淼赖奶繇斶M(jìn)洞施工作業(yè)起到一些指導(dǎo)作用。

Abstract： Based on the characteristics of GradeⅠdouble-track railway with large section， this paper introduces the construction method of inclined shaft into main tunnel in Yun-Gui railway Duimenshan tunnel， so as to be able to serve as a reference for similar tunnel construction.

關(guān)鍵詞：隧道；鐵路雙線；斜井；挑頂進(jìn)洞；技術(shù)創(chuàng)新

Key words： tunnel；railway double track；inclined shaft；top entrance hole；technological innovation

中圖分類號：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）02-0137-03

0 引言

隧道施工的輔助坑道—斜井通常是以一定角度與正洞斜交，斜井與正洞相交的大角度一側(cè)會出現(xiàn)一個“扇形體”圍巖區(qū)，其結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，施工時容易發(fā)生變形超限或掉塊，甚者引發(fā)大范圍的塌落現(xiàn)象。如果采取的施工方案及技術(shù)措施不當(dāng)，極易出現(xiàn)質(zhì)量及安全問題，造成較大的經(jīng)濟損失及工期延誤。因此，在斜井挑頂進(jìn)洞時要綜合考慮具體的地質(zhì)情況、斜井和正洞的結(jié)構(gòu)特點、斜井與正洞的相互關(guān)系，而科學(xué)制定挑頂進(jìn)洞的施工方案，以確保安全、快速的完成斜井進(jìn)正洞的施工作業(yè)。

1 工程簡介

云桂鐵路對門山隧道位于丘北縣辛店鄉(xiāng)、沖頭鄉(xiāng)境內(nèi)，進(jìn)口位于辛店鄉(xiāng)牛場坪村，出口位于沖頭鄉(xiāng)窩普寨，本隧道設(shè)計為單面下坡。進(jìn)口里程DK588+056，出口里程DK597+640，全長為9584m，最大埋深約680m，隧道進(jìn)口與牛場坪雙線大橋相接。為加快施工進(jìn)度，解決施工通風(fēng)等問題，結(jié)合地形，地質(zhì)條件，于DK591+580左線線路中線左側(cè)設(shè)置一座斜井，于隧道出口段D1K594+550～D1K597+645段左線線路中線左側(cè)30m設(shè)置平行導(dǎo)坑，均采用無軌單車道運行。

斜井長1700m，平面與正洞斜交，斜井與小里程方向交角50°，斜井綜合坡度10%。

對門山隧道斜井進(jìn)正洞處地質(zhì)復(fù)雜，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，地下水呈細(xì)流，對隧道圍巖有不良影響；故斜井與正洞斜交處地段圍巖受力復(fù)雜，施工難度大，易形成塌方、突水等地質(zhì)災(zāi)害；且施工斷面較小，各種大型機械難以開展，施工進(jìn)度較慢，更是提高了斜井進(jìn)正洞的施工安全風(fēng)險。

斜井與正洞相交處為Ⅳ級圍巖，設(shè)計采用Ⅳ錨型襯砌，開挖方法為三臺階預(yù)留核心土法，采用I20b工字鋼鋼拱架，鋼拱架間距按1.0m一榀。

2 施工方案

2.1 施工總體方案

斜井施工至與正洞交界后，以圓曲線形式轉(zhuǎn)體進(jìn)入正洞，同時設(shè)置上坡開挖至正洞拱頂高程，并繼續(xù)往前方掘進(jìn)一定距離，形成作業(yè)空間后，轉(zhuǎn)向相反方向施工，擴挖、臨時支護(hù)達(dá)到正洞標(biāo)準(zhǔn)斷面。斜井進(jìn)正洞時平面關(guān)系如圖1所示，斜井進(jìn)正洞時立面關(guān)系如圖2所示，施工順序安排詳見表1。

根據(jù)斜井與洞的交角，從斜井左側(cè)距正洞邊緣1m處開始實施扇形支撐支護(hù)的施工作業(yè)，將斜井左側(cè)型鋼拱架調(diào)整間距為20cm，左側(cè)型鋼拱架間距還是保持為100cm。施工期間，密切進(jìn)行圍巖狀態(tài)的監(jiān)控量測，并根據(jù)圍巖的實際狀態(tài)及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)及施工工藝。

2.2 施工步驟及采取的技術(shù)措施

①根據(jù)斜井與正洞相交角度，在斜井右側(cè)間距1.0m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（如圖1所示）。同時在此范圍內(nèi)對斜井圍巖進(jìn)行加強支護(hù)，每榀異型鋼架每側(cè)拱腳安裝2根鎖腳錨桿，？準(zhǔn)22砂漿錨桿的長度由2.5m加長至4.0m。

②斜井與正洞交叉口段兩側(cè)各架立3根I25a異型鋼架立柱，其間距分別按0.6m，以保證相交地段圍巖三維受力狀態(tài)的穩(wěn)定。在異型鋼鋼架立柱上設(shè)置2I25a型鋼橫梁，I25a型鋼橫梁與I25a異型鋼鋼架立柱間采用螺栓連接牢固形成門架。設(shè)置型鋼門架的目的是為了給正洞鋼架提供一個支撐的平臺，見圖3所示。

此段正洞鋼架安裝時，其鋼架左側(cè)支撐點需落在型鋼橫梁上，故正洞不需安裝在斜井側(cè)的N2、N3鋼架節(jié)段，即I25a異型鋼架立柱取代了N3節(jié)段，而N2節(jié)段則換成了I25a型鋼直線型斜梁，便于支撐在橫梁上，見圖2所示。正洞的仰拱鋼架則與預(yù)埋在斜井仰拱I25a型鋼焊接連接。當(dāng)正洞上臺階開挖形成標(biāo)準(zhǔn)斷面后，對于因找頂而在鋼架后出現(xiàn)的超挖部位采取回填措施，回填材料為C25噴射混凝土。

③斜井進(jìn)入正洞內(nèi)的導(dǎo)洞施工。

1）導(dǎo)洞設(shè)計凈寬為9m，其結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)如圖4所示。導(dǎo)洞采用間距為1m的HW125型鋼鋼架；采用長度3.0m的Φ22錨桿，按梅花型布置，間距1.0×1.0m；網(wǎng)格大小為0.2×0.2m的？準(zhǔn)6鋼筋網(wǎng)；噴射厚度為18cm的C20砼。嚴(yán)格按相關(guān)施工規(guī)程、指南進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，確保鋼拱架以及其縱向連接筋、鎖腳錨管的施工質(zhì)量。

2）根據(jù)土質(zhì)情況及便于機械施工的要求進(jìn)行導(dǎo)洞爬坡坡度的設(shè)計，以能夠確保快速完成導(dǎo)洞的施工，減少施工安全風(fēng)險為原則，本項目爬坡坡設(shè)計為21%。

3）完成爬坡導(dǎo)洞的掘進(jìn)后，進(jìn)行昆明方向正洞上部弧行導(dǎo)坑掘進(jìn)，掘進(jìn)按Ⅳ級圍巖的開挖方法、支護(hù)參數(shù)進(jìn)行。掘進(jìn)長度達(dá)10m后，噴射混凝土封閉導(dǎo)坑的撐子面。反向進(jìn)行南寧端正洞的掘進(jìn)，每循環(huán)先開挖上部，架設(shè)完成上部鋼架后，再拆除導(dǎo)洞鋼架。endprint

4）反向開挖及支護(hù)。反向掘進(jìn)按正洞Ⅳ級圍巖上部弧形導(dǎo)坑的高度進(jìn)行，先進(jìn)行頂部的掘進(jìn)，再擴挖兩側(cè)，掘進(jìn)過程中拆除產(chǎn)生干擾的導(dǎo)洞鋼架，依照相關(guān)支護(hù)要求開展鋼拱架的施工，并完善其它初支結(jié)構(gòu)。開挖分部分序如圖5所示。

5）正洞掘進(jìn)至標(biāo)準(zhǔn)斷面后盡早澆筑仰拱，以盡早使初支與仰拱成環(huán)，確保結(jié)構(gòu)及施工安全。

3 施工控制要點

隧道正洞與斜井相交地段為承受復(fù)雜應(yīng)力的三維狀態(tài)，為了確保安全順利地完成斜井挑頂進(jìn)正洞的施工作業(yè)，正洞的鋼拱架需支撐于穩(wěn)固的平臺上，同時也要加強該段正洞鋼拱架鎖腳錨桿的施做，以避免鋼拱架沉降。

①在輔助坑道斜井進(jìn)入正洞的交界面布設(shè)一道加強環(huán)，加強環(huán)為3榀間距60cm的I25a鋼架構(gòu)成，鋼架間沿斜井洞身設(shè)置環(huán)向？準(zhǔn)22mm鋼筋連接，并噴射C20砼覆蓋型鋼。

②門架頂部的橫梁與輔助坑道斜井鋼架拱頂牢固焊接，橫梁與加強環(huán)拱架間的空隙加焊I25a斜撐，然后噴射混凝土回填密實。以加強門架的牢固性，提高其承載能力。加強環(huán)上半斷面套拱施做完畢后，及時進(jìn)行下半斷面的施作，并澆注此段仰拱，使支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合成環(huán)。

③增設(shè)正洞初期支護(hù)鋼拱架的鎖腳錨管，每榀鋼拱架單側(cè)鎖腳錨管設(shè)置4根以上，錨管長為400cm，注水泥砂漿，鎖腳錨管與鋼拱架間焊接連接，以控制拱架變形及下沉。

④進(jìn)行隧道正洞擴挖后，按照Ⅳ級圍巖，Ⅳb錨型復(fù)合式襯砌進(jìn)行初期支護(hù)的加強，加強段落為40m，即前后各20m。

4 圍巖變形監(jiān)控量測

為了確保安全，進(jìn)行隧道圍巖水平收斂及拱頂下沉等監(jiān)控量測采用了無接觸圍巖的量測新技術(shù)，不僅確保了監(jiān)控量測的速度，也提高了量測精度。

4.1 測點布設(shè)

在正洞與斜井交界處前后的正洞及斜進(jìn)內(nèi)各設(shè)置3個監(jiān)測斷面，每個斷面各布設(shè)一處拱頂下沉觀測點，2條水平凈空收斂量測基線。

4.2 量測方法

按照監(jiān)控量測方案的頻率要求，采用全自動多測回全圓觀測法進(jìn)行隧道圍巖位移的觀測，觀測時獲得各測點的坐標(biāo)值，根據(jù)坐標(biāo)值計算出各觀測點的距離，以第一次量測的距離值為基準(zhǔn)，繪制隧道圍巖變形量與時間的S-T曲線圖，獲取得足夠的觀測數(shù)據(jù)后，進(jìn)行隧道圍巖變形量進(jìn)行曲線回歸分析，再由回歸曲線進(jìn)行位移值的預(yù)測，以判別所采取的防護(hù)方案及施工措施是否合理，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

4.3 數(shù)所處理及分析

對正洞與斜井交界處所布設(shè)的6個監(jiān)測斷面進(jìn)行了時長達(dá)2個月的監(jiān)控量測作業(yè)，經(jīng)對獲得的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行了曲線回歸分析，所有測點變形均已趨于穩(wěn)定，由回歸曲線進(jìn)行位移值最終分析得：

①正洞拱頂下沉量預(yù)測值最大值分別為：38.61mm、33.51mm、37.64mm。

②正洞圍巖水平收斂預(yù)測值最大值分別為：23.59mm、18.64mm、28.19mm、19.57mm、28.18mm、23.77mm。

③斜井拱頂下沉量預(yù)測值最大值分別為：29.19mm、21.58mm、19.04mm。

④斜井圍巖水平收斂預(yù)測值最大值分別為：18.32mm、12.93mm、18.17mm、18.46mm、26.16mm、24.37mm。

經(jīng)對監(jiān)控量測的數(shù)值進(jìn)行分析，按相關(guān)規(guī)范的要求，均達(dá)到了變形穩(wěn)定性的要求。

5 結(jié)束語

①挑頂進(jìn)洞過程中需加強圍巖監(jiān)控量測，對量測結(jié)果進(jìn)行分析并及時反饋信息，以確采取了合理有效的支護(hù)措施。

②盡早澆筑交界處的斜井襯砌，擋頭板沿正洞縱向安裝。

③斜井與正洞掌子面施工時，為保證圍巖及支護(hù)狀態(tài)的穩(wěn)定性，應(yīng)安排專人進(jìn)行值班。

④準(zhǔn)備好各項應(yīng)急材料及物資，并制定科學(xué)的挑頂施工安全應(yīng)急預(yù)案。

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