第三系有水泥巖地質(zhì)支洞進(jìn)主洞施工技術(shù)

張 巖

中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司（300222）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

新疆伊犁輸水隧洞工程，包括4 400 m 主洞和558.975 m Z2#斜井支洞的開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌及附屬施工。 施工自Z2#斜井支洞進(jìn)入，施工區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜，伴隨突泥、涌水、圍巖變形、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，施工難度較大。 Z2#斜井位于恰奇溝內(nèi)，全長(zhǎng)558.975 m，設(shè)計(jì)坡度21.13°，襯砌為馬蹄形斷面，擴(kuò)寬段凈空尺寸為10.8 m（寬）×8.8 m（高），主支洞貫通形式為斜交。

1.2 地質(zhì)情況

Z2#支洞進(jìn)口位于恰奇溝右岸， 支洞范圍屬于第三系N1+2泥巖， 主要為內(nèi)陸湖相紅色碎屑巖構(gòu)造，巖性多為泥巖類(lèi)、砂巖類(lèi)，斜井進(jìn)入洞底段主洞拱頂埋深約250 m。支洞與主洞交叉位置前后圍巖巖性為有水泥巖、V2 類(lèi)。

2 施工方案

2.1 交叉口加強(qiáng)段施工

主洞與斜井交叉口處圍巖為第三系N1+2泥巖，空間三維受力復(fù)雜，工作面小，質(zhì)量安全隱患多，開(kāi)挖支護(hù)不當(dāng)圍巖很容易下沉變形，甚至塌方發(fā)生安全質(zhì)量事故， 因此必須制訂科學(xué)合理的施工方案。經(jīng)過(guò)充分論證和綜合考慮后，確定施工方案如下:

為了施工方便，在主洞與支洞連接處主洞及支洞斷面均改為城門(mén)洞形。 當(dāng)斜井支洞K0+550～K0+553 樁號(hào)鋼架安裝完畢后， 根據(jù)支洞與主洞拱頂之間的高差，確定支洞拱頂?shù)臄U(kuò)挖起始樁號(hào)K0+553～K0+558.975，其拱頂抬高坡度控制在20%，同時(shí)按抬高的高度制作加長(zhǎng)的HW150 型鋼拱架如圖1 所示。

由于支洞與主洞連接段為典型的三維交叉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力非常復(fù)雜，且主洞開(kāi)挖斷面較大，為確保擴(kuò)頂段主洞施工安全，挑挖斜井與主洞相交面處拱部，開(kāi)挖出工作空間后，與主洞交叉口處架立三榀HW200 型鋼加強(qiáng)環(huán)， 在加強(qiáng)環(huán)外側(cè)增設(shè)HW200 門(mén)型鋼架，將門(mén)型鋼架分節(jié)與支洞鋼架焊接在一起，每榀拱架采用Φ25 mm 鋼筋進(jìn)行縱向連接，環(huán)向間距為0.5 m， 在每個(gè)拱腳處打設(shè)4 根Φ28 mm 鎖腳錨桿，每根長(zhǎng)度為3 m。

圖1 支洞與主洞連接處平面圖

門(mén)型鋼架有橫梁和立柱組成， 橫梁與支洞HW200 鋼架空隙對(duì)稱(chēng)設(shè)置HW200 型豎向立柱短撐，噴C25 納米合成粗纖維混凝土填充。 在斜井支洞靠近主洞的3 m 范圍內(nèi)施做HW200 縱向托梁和HW200 鋼架底板， 采用C20 混凝土澆筑， 厚度20 cm。 每一榀鋼架架立后都要打設(shè)鎖腳錨管并將錨管與鋼架牢固焊接在一起， 相鄰兩榀鋼架用螺紋鋼焊接，將鋼架形成空間三維整體結(jié)構(gòu)，保證相交地段三維受力狀態(tài)圍巖的安全、穩(wěn)定。支洞與主洞交叉處加強(qiáng)支護(hù)斷面如圖2 所示。

2.2 小導(dǎo)洞施工

根據(jù)實(shí)際圍巖情況， 從斜井上臺(tái)階采取向上爬行至主洞上臺(tái)階進(jìn)入主洞施工，與主洞正交進(jìn)入，采用邊向上挑口邊進(jìn)行門(mén)型鋼架錨噴支護(hù)，開(kāi)口高度2.4 m，寬度4.0 m，進(jìn)尺按0.5 m 控制。

圖2 斜井支洞交叉口加強(qiáng)段立面示意圖

小導(dǎo)洞由小型機(jī)械配合人工開(kāi)挖。 小導(dǎo)洞采用榀距0.5 m、HW150 型鋼拱架支護(hù)，每處拱腳打設(shè)2根Φ25 mm×7 m 鎖腳錨管，掛設(shè)Φ8 mm 鋼筋網(wǎng)片，打設(shè) L=3 m、間距 1 m、梅花形、Φ25 mm×7 m 系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)，噴C30 納米合成粗纖維混凝土。

導(dǎo)洞支護(hù)位于主洞初期支護(hù)之外，后期不再取出，高出主洞設(shè)計(jì)開(kāi)挖線50 cm，以保證主洞初期支護(hù)的空間。 支洞挑頂施工小導(dǎo)洞如圖3 所示。

圖3 小導(dǎo)洞側(cè)面示意圖

2.3 主洞施工

小導(dǎo)洞內(nèi)施工完畢后， 安裝主洞上臺(tái)階HW200 型鋼鋼架， 榀距40 cm，I16 工字鋼連接筋，環(huán)向間距1.0 m， 鋼架一側(cè)落腳于支洞平交口加強(qiáng)環(huán)橫梁上，另一側(cè)拱腳落在主洞左側(cè)，下部墊寬0.4 m，長(zhǎng)0.5 m 鋼板，主洞鋼架與加強(qiáng)橫梁焊接牢固，每個(gè)拱腳打設(shè)4 根Φ63 mm 注漿鎖腳錨管， 噴射C30 納米合成粗纖維混凝土封閉。

小導(dǎo)洞范圍主洞拱架安裝完成后，待噴射混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求之后，可拆除上游小導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)立柱，向上游人工開(kāi)挖支護(hù)5～6 m，拆除下游小導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)立柱，再向下游人工開(kāi)挖支護(hù)8 m，封閉下游掌子面進(jìn)行上游開(kāi)挖支護(hù)施工，待空間滿足后及時(shí)進(jìn)行主洞中、下臺(tái)階及底拱一次支護(hù)封閉施工并進(jìn)行主洞及斜井襯砌鎖口施工，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工安全。

主洞開(kāi)挖及支護(hù)參數(shù)為:采用三臺(tái)階、預(yù)留核心土施工；支護(hù)采用HW200 型鋼拱架支護(hù)，間距0.5 m，縱向采用I16 工字鋼連接筋，環(huán)向間距1 m；外部掛設(shè) Φ8 mm 鋼筋網(wǎng)片 @20 cm×20 m；拱頂 160°范圍內(nèi)施做環(huán)間距35 cm、L=6 m 的自進(jìn)式超前注漿管棚；每個(gè)拱腳處打設(shè) 4 根、L=4.5 m、Φ63 mm 注漿鎖腳錨管，噴護(hù)20 cm 厚C30 納米合成粗纖維混凝土；打設(shè) L=3 m、間距 1 m、梅花形、Φ25 mm×7 m系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)。 支洞和主洞交叉部位的施工示意圖如圖 4、圖 5 所示。

圖4 小導(dǎo)洞及主洞示意圖

圖5 導(dǎo)洞轉(zhuǎn)主洞施工步聚示意圖

3 結(jié)論

在斜井支洞與主洞交叉處將原斷面改為城門(mén)洞形，有利于交叉部位安全施工。 通過(guò)小導(dǎo)洞挑頂爬升至主洞拱部進(jìn)行施工，設(shè)置加強(qiáng)環(huán)承受地層應(yīng)力，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。 交叉段的實(shí)踐表明，第三系有水泥質(zhì)軟巖地質(zhì)條件下采取的隧洞支洞與主洞交叉段部位的施工技術(shù)可行，即可保證施工安全及質(zhì)量，又加快了施工進(jìn)度，為今后建設(shè)類(lèi)似工程提供可借鑒經(jīng)驗(yàn)。