趙生彬，辛軍響

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

1 工程概況

喬家山隧道位于山西省靈石縣及霍州交界處，為新建鐵路大同至西安客運(yùn)專線鐵路重點(diǎn)隧道工程，也是該鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道之一，隧道全長(zhǎng)6 510 m，為單洞雙線，線間距5 m，圍巖為Ⅴ級(jí)，共有3座斜井，其中3號(hào)斜井與正洞左中線交角51°，平距210 m，交點(diǎn)里程為DIK440+700，交點(diǎn)處井底高程為991.195 m，洞門2+10處井底高程為1 001.195 m。為安全進(jìn)洞，經(jīng)方案對(duì)比后，按最佳正交進(jìn)正洞方案施工，在洞內(nèi)0+00到0+25處設(shè)置會(huì)車道(會(huì)車道縱坡+3%)，0+25 m到0+92.26(相當(dāng)于原設(shè)計(jì)里程1+23.99 m)處按9.76%坡度，與正洞初支邊正交里程為 DIK440+755.225。斜井0+79.25至0+38.68為曲線段，圓曲線半徑60 m。3號(hào)斜井進(jìn)正洞正交平面見圖1。

圖1 斜井進(jìn)正洞正交平面(單位:m)

2 總體施工方案

斜井小曲線過渡到與正洞線路走向成90°夾角后平坡開挖至正洞左側(cè)邊墻位置。在斜井XK0+000處設(shè)置加強(qiáng)環(huán)并對(duì)交叉口處斜井施做25 m二次襯砌。

在斜井XK0+000處掌子面垂直正洞線路走向采用2.4 m寬變高度異形導(dǎo)洞，按1∶2.3的坡度進(jìn)行正洞洞身開挖，導(dǎo)洞拱頂高程超出正洞設(shè)計(jì)開挖線40 cm，過正洞中軸線后，再向正洞中軸線右側(cè)平坡開挖5 m。在導(dǎo)洞內(nèi)架立型鋼鋼架、掛網(wǎng)噴錨形成整體加強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)，以確保導(dǎo)洞開挖的安全。

導(dǎo)洞施工完畢后，在導(dǎo)洞鋼架內(nèi)側(cè)施做套拱(套拱的左側(cè)落腳于斜井加強(qiáng)段門型鋼架的橫梁上，右側(cè)設(shè)擴(kuò)大腳與鎖腳錨管加固)，然后分別向正洞西安端與大同端延伸套拱，各延伸3.6 m，以確保斜井與正洞的交叉口范圍內(nèi)均有套拱保護(hù)。在套拱施工過程中需拆除小導(dǎo)洞邊墻上的臨時(shí)支護(hù)。

套拱施工完畢后，在套拱的保護(hù)下按正洞設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行開挖和初期支護(hù)，盡早將正洞初期支護(hù)封閉成環(huán)，保證正洞挑頂段施工安全。

3 施工方法及步驟

3.1 設(shè)置斜井加強(qiáng)環(huán)

斜井小曲線過渡到與正洞線路走向成90°夾角后平坡開挖至正洞左側(cè)邊墻位置。在斜井與正洞相交處斜井初期支護(hù)外側(cè)，增設(shè)緊密排列的3榀I32a門型鋼架，門型鋼架橫梁牢固焊接于斜井鋼拱架頂部。噴射與斜井初期支護(hù)同等級(jí)混凝土與斜井初期支護(hù)聯(lián)為一體，形成斜井加強(qiáng)環(huán)。加強(qiáng)環(huán)門架底腳處采取擴(kuò)大拱腳，每側(cè)增設(shè)φ42 mm鎖腳錨管6根(L=3.5 m)，為施做正洞初期支護(hù)提供安全保證;同時(shí)避免下步正洞跨越斜井時(shí)，因應(yīng)力集中導(dǎo)致斜井交叉口處支護(hù)及襯砌變形開裂，為交叉口段正洞擴(kuò)挖施工提供安全保障。

斜井挑頂進(jìn)正洞側(cè)面詳見圖2。

圖2 斜井挑頂進(jìn)正洞側(cè)面(單位:cm)

考慮交叉口段正洞套拱拱架落腳穩(wěn)固性，故以斜井加強(qiáng)環(huán)門架橫梁作為落腳平臺(tái)，并在第二榀橫梁上預(yù)先焊接I25a鋼樁頭，以便使套拱鋼架左側(cè)底腳與斜井門型鋼架牢固焊連。

3.2 施做交叉口處斜井二襯

考慮到交叉口處正洞初期支護(hù)對(duì)斜井存在縱向推力，在進(jìn)行下一步施工前先對(duì)交叉口段斜井施做25 m長(zhǎng)的二襯，以確保斜井安全。

斜井交叉口段25 m范圍內(nèi)初期支護(hù)閉合成環(huán);二次襯砌采用C30鋼筋混凝土，厚40 cm;仰拱填充C20混凝土。

3.3 施做挑頂小導(dǎo)洞

斜井交叉口段二襯施工完畢以后在斜井掌子面頂部位置采用2.4 m寬變高度異形導(dǎo)洞按1∶2.3的坡度進(jìn)行正洞洞身開挖。由于作業(yè)空間有限，導(dǎo)洞采用全人工開挖，手推車出砟。導(dǎo)洞拱頂高程超出正洞設(shè)計(jì)開挖線40 cm，過正洞中軸線后，再向正洞中軸線右側(cè)平坡開挖5 m，導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)。臨時(shí)支護(hù)為架立型鋼鋼架、掛網(wǎng)噴錨聯(lián)合支護(hù)，以確保導(dǎo)洞開挖的安全。

導(dǎo)洞底部抬高坡度1∶2.3是根據(jù)交叉口處斜井與正洞設(shè)計(jì)拱頂高差確定。進(jìn)入正洞洞身范圍后，導(dǎo)洞拱頂高程超出正洞設(shè)計(jì)開挖線40 cm是為了預(yù)留導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)與套拱的空間。

在拱頂抬高過程中，導(dǎo)洞上方采取φ42 mm小導(dǎo)管超前支護(hù)(L=3.5 m@30 cm)，防止開挖中上部土體掉塊坍塌;施工中按60 cm/榀施做導(dǎo)洞鋼架，導(dǎo)洞鋼架采用I20a型鋼形成封閉結(jié)構(gòu)(棚洞拱架圖見圖3)，必要時(shí)導(dǎo)洞鋼架橫梁兩端可加設(shè)臨時(shí)豎向木(鋼)支撐。導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)參數(shù):邊墻、頂部設(shè)φ8 mm@20 cm×20 cm網(wǎng)片;邊墻設(shè)φ22 mm系統(tǒng)錨桿L=3 m@1 m×1 m，梅花形布置;邊墻、頂部、底部均噴射C25混凝土20 cm;邊墻底腳設(shè)2根φ42 mm，L=3.5 m鎖腳錨管。

施工中，導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)體系中的頂部鋼架橫梁位于正洞初期支護(hù)外，后期施做套拱和進(jìn)行正洞初期支護(hù)時(shí)不再取出。

圖3 棚洞拱架(單位:cm)

3.4 施做套拱

套拱為小導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)與正洞初期支護(hù)之間的一層加強(qiáng)支護(hù)。支護(hù)參數(shù)為:I32a鋼架，間距60 cm;φ42 mm鋼架連接鋼管間距1 m;C25噴射混凝土，厚度20 cm。套拱左側(cè)落腳于斜井加強(qiáng)段門型鋼架的橫梁上;右側(cè)設(shè)置擴(kuò)大腳，并在每榀鋼架右側(cè)落腿處加設(shè)φ42 mm鎖腳錨管(L=3.5 m)6根，并在鋼架底部下墊槽鋼。套拱設(shè)置見斜井挑頂進(jìn)正洞立面見圖4。

圖4 斜井挑頂進(jìn)正洞立面

施工方法:導(dǎo)洞施工完畢后，由人工繼續(xù)向線路右側(cè)開挖、修鑿套拱擴(kuò)大腳輪廓。在導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)內(nèi)側(cè)一次性安裝套拱鋼架4榀，噴C25混凝土厚20 cm。拆除大同端小導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)邊墻，向大同方向人工開挖，繼續(xù)施做套拱，1開挖循環(huán)施做1榀鋼架，繼續(xù)施做3榀。再掉頭拆除西安端小導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)邊墻，同樣施做3榀。以保證整個(gè)交叉口范圍內(nèi)均有套拱保護(hù)為準(zhǔn)。

3.5 正洞初期支護(hù)施工

套拱施工完畢以后，在套拱內(nèi)側(cè)按正洞初期支護(hù)參數(shù)進(jìn)行正洞初期支護(hù)施工。正洞鋼架左側(cè)同樣落腳于斜井加強(qiáng)環(huán)門形鋼架的橫梁上。

套拱范圍內(nèi)正洞初期支護(hù)施做完畢后按弧形導(dǎo)坑法先向西安端人工開挖正洞上導(dǎo)坑，待形成足夠大的工作面后改為人工配合機(jī)械開挖，逐漸達(dá)到2個(gè)掌子面上、中、下3個(gè)部位同時(shí)作業(yè)的能力。

套拱范圍內(nèi)正洞仰拱鋼架左側(cè)要牢固焊接在斜井加強(qiáng)環(huán)門形鋼架的底撐上，確保該范圍內(nèi)正洞鋼架閉合成環(huán)。

4 加強(qiáng)圍巖量測(cè)，確保施工安全

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是隧道施工管理的重要組成部分，不僅能指導(dǎo)施工，預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，確保安全，而且通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲得圍巖動(dòng)態(tài)信息(數(shù)據(jù))，為修正和確定初期支護(hù)參數(shù)，混凝土襯砌支護(hù)時(shí)間提供信息依據(jù)，為完善隧道工程設(shè)計(jì)與指導(dǎo)施工提供可靠的足夠的數(shù)據(jù)。

4.1 周邊水平收斂位移量測(cè)

采用收斂?jī)x量測(cè)，沿隧道周邊左右對(duì)稱布置，各項(xiàng)位移的測(cè)點(diǎn)應(yīng)在分部開挖后即在導(dǎo)坑內(nèi)布置，分部開挖完后按全斷面布置測(cè)點(diǎn)。量測(cè)斷面5 m 1個(gè)，每個(gè)斷面設(shè)6個(gè)點(diǎn)。

4.2 拱頂下沉及底部上鼓量測(cè)

在拱頂設(shè)測(cè)點(diǎn)埋固定樁，其設(shè)置在開挖或第一次混凝土澆筑完成后迅速完成，采用水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺測(cè)量。拱頂和隧底各設(shè)1測(cè)點(diǎn)，5 m設(shè)1組。

4.3 水平收斂變形管理

挑頂施工斜井與正洞交叉處圍巖應(yīng)在應(yīng)力重分布和應(yīng)力釋放的過程中，會(huì)引起支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移、變形，甚至破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)，危及隧道安全。因此在施工中建立嚴(yán)密的監(jiān)控量測(cè)是保證安全的主要手段，同時(shí)也是調(diào)整支護(hù)參數(shù)的信息來源。根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和類似工程的經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)控量測(cè)水平收斂變形管理等級(jí)見表1。

表1 變形管理等級(jí)

4.4 圍巖量測(cè)結(jié)果

在+755處、+750處、+745處埋點(diǎn)，觀測(cè)數(shù)據(jù)如表2。

經(jīng)過2個(gè)月的觀測(cè)，變形管理等級(jí)為Ⅲ級(jí)，可正常施工。

5 結(jié)語

施工實(shí)踐證明，該方法對(duì)大斷面軟弱圍巖隧道斜井進(jìn)正洞挑頂施工有較好的效果。其主要優(yōu)點(diǎn)是:施工難度小，保證了施工安全，交叉口段隧道的沉降量得到了較好的控制。與傳統(tǒng)的由抬高斜井拱頂過渡到正洞的施工方法相比，可減少斜井二次襯砌混凝土的回填量。施工中應(yīng)加強(qiáng)圍巖量測(cè)，并嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)、早成環(huán)、仰拱緊跟”的原則，合理選擇支護(hù)參數(shù)，以確保優(yōu)質(zhì)高效的完成挑頂。

[1]TZ214—2005 客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工指南[S].

[2]鐵建設(shè)[2005]160號(hào) 客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]TB10304—2009 鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4]TB10601—2009 高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S].

[5]隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

[6]關(guān)寶樹.隧道施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社，2003.

[7]薛模美，胡恒福.客運(yùn)專線隧道斜井轉(zhuǎn)正洞施工技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(4):90-93.