姜 函

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100142）

隧道斜井與正洞交接處，凈空斷面變化大，空間受力復(fù)雜，使用時(shí)間長(zhǎng)，正洞與斜井交叉口處于復(fù)雜的三維受力狀態(tài)，易引起支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移、變形，直至支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，因此，隧道斜井進(jìn)入正洞挑頂施工極為重要，研究?jī)r(jià)值高。文章以蘭合鐵路黃家?guī)X隧道斜井進(jìn)入正洞挑頂施工為例，加深工程理解，結(jié)合工程實(shí)際展開理論分析，詳細(xì)介紹了橫向棚洞挑頂施工工法。

1 工程概況

黃家?guī)X隧道斜井位于黃土梁峁區(qū)，梁峁間溝壑縱橫，溝谷深切，地形起伏大，地面高程1765～2210m，山坡上多為風(fēng)積黃土覆蓋，出露地層主要為砂質(zhì)黃土、泥巖、砂巖等。黃土梁峁區(qū)頂部為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土，洞身主要為堆積砂質(zhì)黃土及第三系泥巖、砂巖、泥巖夾砂巖，局部有礫石類土。溝谷中分布有第四系全新統(tǒng)沖積黃土、粗圓礫土和上更新統(tǒng)沖、沖積砂質(zhì)黃土及粗圓礫土。

斜井與線路交于DK51+450，與中線交角51°35＇22"。井口坐標(biāo)：X=3964071.379，Y=476936.3003。斜井隧道起訖里程XK10+83～XK00+00，長(zhǎng)度為1083m，采用無軌運(yùn)輸方式，按單車道加密錯(cuò)車道設(shè)計(jì)，單車道坡度11.7%，錯(cuò)車道坡度3%，錯(cuò)車道凈空尺寸為6.2m×7.5m，后期運(yùn)營(yíng)作為防災(zāi)救援緊急出口，為永久性工程。

隧道竣工后，斜井與正洞交叉口處采用50cm厚混凝土墻封堵，墻內(nèi)預(yù)留2.0m×2.0m防護(hù)門，斜井洞口封堵后預(yù)留格柵不銹鋼門。避難所采用射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，設(shè)2臺(tái)SDS-100K-4P-30型風(fēng)機(jī)。

根據(jù)TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析：斜井XK00+24～XK00+00，長(zhǎng)度24m，圍巖橫、縱波波速變大，平均波速較穩(wěn)定，泊松比等參數(shù)波動(dòng)較大，反射界面和繞射異常較少。預(yù)測(cè)出露巖性仍為泥巖，中厚層狀為主，巖層水平，弱風(fēng)化，節(jié)理較發(fā)育，巖體整體較完整，局部可能較破碎，開挖過程中可能出現(xiàn)滲水、滴水現(xiàn)象。通過現(xiàn)場(chǎng)勘察和對(duì)已施工揭示泥巖情況的檢驗(yàn)及判斷，泥巖為膨脹巖，遇水軟化，失水崩解。砂巖、泥巖中局部含有石膏巖，石膏巖在水作用下極易發(fā)生溶蝕及軟化，同時(shí)伴生的生石膏可發(fā)生膨脹。

2 斜井進(jìn)入挑頂施工

2.1 斜井進(jìn)入正洞加強(qiáng)段施工

考慮到該段為特殊施工段落，受力較為復(fù)雜，對(duì)斜井支護(hù)參數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)施工，并加大預(yù)留變形量至15cm，斜井加強(qiáng)段設(shè)定長(zhǎng)度為10m。加強(qiáng)段支護(hù)參數(shù)：拱墻架立I16型鋼鋼架，斜井前進(jìn)方向拱架間距0.8m，如圖1所示。在斜井與正洞交接處設(shè)置加強(qiáng)門架，加強(qiáng)門架由3榀疊加I20b型鋼鋼架組成，并在拱架頂部設(shè)置門梁來支撐正洞上部異型拱架，門梁由3榀疊加I20b工字鋼。門梁連接均采用高強(qiáng)度螺栓連接。采用Φ42鎖腳錨管，分別與立柱和橫梁焊接牢固，錨管長(zhǎng)度為3.5m，鎖腳錨管與鋼架采用U型鋼筋焊接牢固，防止拱架下沉。

圖1 斜井進(jìn)正洞加強(qiáng)段施工圖

2.2 橫向棚洞法挑頂施工

根據(jù)該段地質(zhì)情況，棚洞斷面設(shè)置為5m×4.29m（寬×高），矩形棚洞進(jìn)入正洞高程逐榀遞增，到正洞拱頂中線位置后拱頂鋼架高程遞減。矩形鋼架拱頂高程必須高于正洞拱頂設(shè)計(jì)高程，且遞增遞減坡度與正洞拱頂曲率增減吻合形成正洞拱部弧形。棚洞施工至內(nèi)側(cè)正洞隧道開挖輪廓線，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行正洞上臺(tái)階初期支護(hù)，大里程上臺(tái)階開挖10m長(zhǎng)度后，進(jìn)行小里程上臺(tái)階開挖，開挖10m后，再進(jìn)行下臺(tái)階開挖，進(jìn)入正常工序開挖施工。

（1）施工步驟。棚洞開口施工→棚洞逐榀施工至正洞內(nèi)側(cè)上臺(tái)架拱腳→正洞大里程方向上臺(tái)階開挖支護(hù)→正洞小里程方向上臺(tái)階開挖支護(hù)→正洞下臺(tái)階開挖支護(hù)→正洞進(jìn)入正常工序開挖施工。

（2）施工工序。①棚洞開口在斜井上臺(tái)階（臺(tái)階高度4.29m），斜井交叉口門架上焊接臨時(shí)鋼架，臨時(shí)鋼架與棚洞門架空隙采用C30砼噴實(shí)，同時(shí)在橫梁上開孔，間距30cm，打設(shè)Φ42小導(dǎo)管預(yù)注漿加固地層，小導(dǎo)打設(shè)時(shí)按照挑頂坡度調(diào)整小導(dǎo)管上仰角度，小導(dǎo)管長(zhǎng)度3.5m，棚洞施工邊開挖邊進(jìn)行門型鋼架錨噴支護(hù)，如圖2所示。②棚洞門型鋼架拱頂位于正洞開挖輪廓線外側(cè)20cm，并考慮20cm的預(yù)留變形量，如圖3所示。且鋼架橫梁設(shè)置系統(tǒng)錨桿鎖定，每根橫梁設(shè)置錨桿不少于4根，豎向支撐從拱腳以上30cm起每隔150cm設(shè)置一組鎖腳Φ42鎖腳錨管，與門架采用U型筋焊接連接，錨桿（管）長(zhǎng)度不小于3.5m并與鋼架焊接牢固以利于增強(qiáng)鋼架承載力，噴射砼時(shí)在每榀豎向鋼架上預(yù)留兩處不噴，以利于鋼架拆除。③開挖時(shí)斜井上臺(tái)階標(biāo)高與正洞上臺(tái)階標(biāo)高保持一致，小導(dǎo)洞底保持水平掘進(jìn)，開挖至正洞內(nèi)側(cè)上臺(tái)階拱腳處，在到坑內(nèi)與矩形上拱架成90°夾角安裝正洞拱架，鋼架一側(cè)落到斜井口I20b門梁上確保連接牢靠，另一側(cè)落于基底圍巖，鎖腳錨管和初支鋼筋網(wǎng)網(wǎng)片按照設(shè)計(jì)要求施作，同時(shí)增設(shè)局部定位錨管，再噴射砼封閉，形成環(huán)向立拱錨噴支護(hù)。正洞鋼架一定要落于斜井交叉口門架之上，并與門架焊接牢。

圖2 棚洞開挖

圖3 棚洞鋼拱架布置示意圖

（3）支護(hù)參數(shù)。①棚洞支護(hù)參數(shù)：頂部噴砼采用C25砼，厚度20cm，邊墻素噴5cm；采用I16鋼拱架；Φ6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25cm×25cm；縱向連接為Φ22連接筋，環(huán)向間距0.5m。②正洞支護(hù)參數(shù)：斜井三岔口段正洞設(shè)計(jì)為Ⅳ加級(jí)復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)參數(shù)：預(yù)留變形量20cm，I16工字鋼，間距0.8m；鋼架間設(shè)Φ22連接筋，環(huán)向間距1.0m；噴射砼C25混凝土，噴砼厚度為23cm。

（4）施工注意事項(xiàng)。①鎖腳錨管必須采用U型鋼筋與拱架焊接牢固，棚洞施鋼架時(shí)，在橫梁和豎向鋼架上都需施作鎖腳錨桿，提高其穩(wěn)定性與承載力。②施工時(shí)考慮預(yù)留沉降量，嚴(yán)格控制矩形門架頂標(biāo)高，確保正洞初支鋼架安裝后不侵限。棚洞頂部采用掛網(wǎng)滿噴砼支護(hù)形式，邊墻采用素噴5cm厚噴射砼，拱腳采用20cm厚培噴射砼。③挑頂施工時(shí)要加強(qiáng)圍巖量測(cè)，注意該段監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置，及時(shí)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析并指導(dǎo)施工，在交叉段施工前后，安排專職安全員，定期對(duì)洞內(nèi)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行監(jiān)控、登記臺(tái)帳，及時(shí)比對(duì)。重點(diǎn)對(duì)初支表面開裂、明顯沉降、滲漏水情況進(jìn)行監(jiān)控，提前預(yù)警，以便提前采取措施。④體系轉(zhuǎn)換后，向大、小里程開挖，采用減震爆破，多大眼、少裝藥、延長(zhǎng)相鄰段位起爆時(shí)間差等措施，將爆破振動(dòng)降到最低，并及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)初期支護(hù)封閉圍巖。⑤三岔口開挖支護(hù)后向大、小里程口方向各預(yù)留15m，在大、小里程方向沒有進(jìn)行二襯前不允許施工此段仰拱，防止拱腳懸空影響初支的穩(wěn)定。

（5）監(jiān)控量測(cè)。挑頂施工時(shí)要加強(qiáng)圍巖量測(cè)，注意該段監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置，及時(shí)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析并指導(dǎo)施工。監(jiān)控量測(cè)信息可用于判斷設(shè)計(jì)的參數(shù)是否合理，判斷施工工藝的可行性以提出更加恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ê秃侠淼闹ёo(hù)措施；也可以及時(shí)掌握橫洞及正洞三岔口穩(wěn)定狀態(tài)。黃家?guī)X隧道正洞DK51+435～DK51+465，斜井XK00+15～XK00+00段加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測(cè)，量測(cè)斷面間距按5m進(jìn)行布置，經(jīng)圍巖觀察觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，正洞交叉口斷面拱頂沉降最大數(shù)值4.8mm/d，開累最大值56mm之后回歸；拱腰收斂數(shù)值最大3.5mm/d，開累最大46mm之后回歸；斜井加強(qiáng)門架頂部橫梁沉降最大數(shù)值3.2mm/d，開累最大值26mm之后回歸；豎向拱架收斂數(shù)值最大3.0mm/d，開累最大值37mm之后回歸。滿足圍巖沉降要求，三岔口處初期支護(hù)穩(wěn)定。

3 結(jié)論

采用橫向棚洞法進(jìn)行斜井進(jìn)正洞挑頂，可縮小開挖斷面，且循環(huán)掘進(jìn)，確保圍巖穩(wěn)定性。正洞與斜井交界處門架并排設(shè)置3榀I20b工字鋼，能有效控制斜井?dāng)嗝孀冃?，橫向棚洞及時(shí)施做初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)后正洞環(huán)向拱架接至斜井門架，從而使三岔口形成縱環(huán)向受力體系的轉(zhuǎn)變，施工可有效控制圍巖變形及掉塊、塌方等現(xiàn)象，滿足施工安全性要求，并取得優(yōu)良的工程效果，經(jīng)黃家?guī)X隧道斜井進(jìn)正洞采用橫向棚洞法挑頂成功實(shí)例，為今后的類似工程提供參考。