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摘要:
以南三龍鐵路乾山隧道1號斜井施工為例，依據該工程場區的地質條件，提出了斜井進正洞挑頂施工中的支護加固措施，并對其施工工藝流程進行了闡述，總結了隧道施工過程中的注意事項，以期在保證施工質量與安全的前提下，加快施工進度。
關鍵詞:
隧道，斜井，正洞，挑頂施工，支護方案
0引言
隧道工程是鐵路及公路施工中的重難點工程，特別是長大隧道，對于長大隧道而言，最重要的就是在保證安全及施工標準的前提下，如何加快進度，不要讓其成為制約工期的要素。而斜井的設計，可以通過增加工作面的方法，以較小的金錢成本換取較大的時間收益，提高隧道的施工進度，并且部分隧道在正線通車之后，斜井仍然可以作為緊急出口，有應急儲備的作用。提到斜井的施工，最重要的就是當斜井施工到與隧道交界里程時，由于斷面的加大，斜井與正洞交界處的三維應力狀態，支護參數的變化，都會產生一定的施工風險，這就需要我們加強在斜井入正洞(簡稱挑頂)過程的支護及圍巖的監測。此外，挑頂施工技術方案得當，能有效的縮短挑頂施工時間，為下一步正洞的施工工作面創造有利條件。本文以南三龍鐵路乾山隧道1號斜井為例，簡要說明挑頂的施工工藝及工序。
1工程概況及地質條件
乾山隧道1號斜井全長703m，與乾山隧道正洞DK22+900左側交匯，與線路小里程方向平面夾角40°，在斜井里程X1DK0+075開始平面曲線變化，至正洞時與線路連接處90°正交，為垂直進洞。斜井綜合坡度為5．5%的下坡，進入正洞坡度為0%;進入正洞設計Ⅲ級圍巖，采用Ⅳb復合式襯砌加強。圍巖類型為云母石英片巖，完整性較好，無明顯地下水滲出。斜井為雙車道輔助坑道，凈空尺寸為7．5m(寬)×6．2m(高)，于交叉口處設單側排水溝。斜井與正洞相交段將按照Ⅳ級圍巖支護進行加強支護，長度設計為35m，支護采用格柵鋼架、錨噴支護。結合設計圖紙資料以及洞口附近地形地貌及當地水位地質條件，井口邊仰坡邊緣線5m以外設置截水溝，井口處向洞外設置3．0%的反坡，防止洞外水倒灌。斜井與正洞相交處為Ⅲ級圍巖，該斜井施工正洞南平方向1400m，施工里程DK21+500+169～DK22+900;龍巖方向2640m，施工里程DK22+900～DK25+540，共4040m。
2施工方案及支護加強設計
1)漸變段施工及支護方案。
斜井開挖到X1DK0+015里程，開始進入斜井轉正洞前期過渡，過渡段設置15m。由于斜井設計為永久保留的救援通道，所以路面標高與正洞電纜槽頂面標高相同，到仰拱填充面(預留25．5cm)高差達到1．07m，施工車輛無法正常行駛，故從X1DK0+015開始，由原設計坡度0%，向下開挖坡度為9．28%的臨時施工開挖線，由斜井路面標高135．138m逐漸降低到DK22+900里程填充面(預留25．5cm)處高程134．068m，降低1．07m，降低段坡度為－9．28%。斜井拱頂高程仍按照原坡度0%，與正洞開挖輪廓線交匯，交匯點拱頂高程為141．918m，此處斜井開挖斷面高7．73m，寬9．29m;當開挖到斜井與正洞左側邊墻相交匯處時，精確安裝采用兩排Ⅰ18型鋼制作的加強門架，同時環向每70cm施作一根?22mm、單根長3．5m的中空錨桿，結合長度為每側4根L=3．5m的?50鎖腳錨管，以鎖定門架;噴射C25混凝土將門架兩側與巖體空隙回填密實。
2)斜井轉正洞施工及支護方案。
斜井轉正洞段設計為Ⅲ級圍巖，采用Ⅳ級加強支護。開挖斷面高9．66m，寬13．5m。采用三臺階法開挖，分為上中下三個臺階。上臺階開挖支護采用開槽法，由斜井門架頂端交界處高程向上以1∶3．5的坡度沿正洞垂直方向爬坡進洞，在正洞中線處達到設計標高，并充分考慮15cm的沉降預留量，然后采用正洞交叉口設計支護方式Ⅰ18異型拱架進行中線左側上導坑支護，靠近門架一側的拱架接頭焊接在門架上，靠近正洞一側鋼架接頭采用4根長3．5m的?50鎖腳錨管固定，同步做好?22系統中空錨桿，做好正洞拱架固定，開挖斷面參考《南龍隧參01(W)-13》。繼續向垂直正洞方向完成右側上導坑支護工作，并設置Ⅰ18豎向鋼支撐加強支護。由于不能及時施作正洞初期支護，開挖時采用短進尺，弱爆破，強支護，勤量測等方法，開挖進尺控制在2m左右，開挖后及時噴射C25混凝土，厚度不小于10cm，以封閉掌子面。必要時施作Ⅰ18型鋼棚架。棚架間距70cm～100cm。臨時錨桿采用?22mm砂漿錨桿，長2．5m，間距1m。當開挖至正洞右側輪廓線時，轉向正洞龍巖方向開挖，拆除臨時豎向鋼支撐，同時漸次擴挖DK22+900～DK22+905段，及時安裝該段Ⅰ18異型拱架，鋼架間距0．8m。為確保施工安全，該段采用Ⅰ18型鋼拱架，噴混凝土厚度25cm，L=3．5m的?22系統中空錨桿，20×20的?6鋼筋網片，L=3．5m的?42鎖腳鋼管。正洞采用三臺階法施工。當DK22+900～DK22+905段上臺階支護完畢之后，擴挖龍巖方向上臺階，形成工作面;同時向南平方向開挖，打開工作面。在兩端上臺階各開挖支護20m之后，進行正洞下臺階開挖。首先開挖DK22+900～DK22+905段，漸次具備全力掘進的施工條件。由于不能及時施作仰拱，為防止因應力改變帶來巖面變形失穩，增加Ⅰ18型鋼橫向支撐，噴射C25混凝土35cm作為臨時仰拱，以封閉成環，整體受力。
3)施工簡易流程及順序
4)斜井正洞交界斷面
5)斜井進入正洞處的支護加固施工。
型鋼門架施工。當斜井開挖到門架位置X1DK0+04．8時，挑挖斜井與正洞相交面處拱部，開挖出工作空間后，與正洞交叉口處架立由2根Ⅰ18并連的型鋼門架，相應在此型鋼鋼架上焊接Ⅰ18型鋼橫梁，并在上部橫梁間焊接Ⅰ18型鋼立柱，橫梁為正洞鋼架提供落腳平臺;門架與正洞Ⅰ18異型鋼架牢固焊接。在反挑開挖后，正洞段用Ⅰ18型鋼斜梁代替正洞的A單元鋼架，并與門架第二橫梁牢固焊接，用噴射C25混凝土噴射密實，保證相交地段三維受力狀態圍巖的穩定。反挖時按正洞Ⅳ級圍巖支護，將臨時橫向鋼架連接在斜井門檻的Ⅰ18型鋼上，噴射C25混凝土作為臨時仰拱。
6)施工工序。
a．斜井掘進接近正洞相交里程時，逐漸降低斜井開挖路面高程，接長鋼架拱腳。路面降低坡度9．28%。b．斜井掘進至正洞開挖輪廓線后，在交叉口處施作加強環，及時封閉掌子面。c．在斜井與正洞相交處，采用棚洞加固。進入正洞后，先開挖到上臺階，臺階高度3．5m。d．在正洞上臺階初期支護施工完成以后，進行中下臺階開挖。e．沿隧道正洞進口方向，按正洞Ⅳ級圍巖開挖方法和支護參數順序施工上部、中部、下部臺階。f．沿隧道正洞出口方向，按正洞Ⅳ級圍巖開挖方法和支護參數順序施工上部、中部、下部臺階。
7)注意事項。
本方案施工前提是斜井進入正洞圍巖地質為Ⅲ級圍巖，如有特殊的軟土圍巖，需根據情況制定專項方案。斜井門架不僅起了斜井部分的支護作用，更是在斜井與正洞交界處三維應力狀態下，傳導了正洞鋼架的荷載，所以門架施工必須保證強度和剛度。施工中必須加強圍巖量測，隧道開挖時，加強對洞頂位置的地表進行沉降觀測，拱頂部分要埋設貼有反光膜的觀測點，使用全站儀觀測，每日記錄數據1次～2次，并及時將觀測數據整理匯總，作為下一步工作的依據。挑頂開槽寬度一次不宜過大，以2m～3m為宜，待正洞上臺階拱架安裝到位，在向大小里程分別開挖。轉換段起點位于最低處，考慮該地段的排水;正洞開挖到位后，于交叉口往大里程方向5m，線路中心水設置一積水井，往斜井口抽排水，制定防排水應急預案，排水供電系統必須設置雙路供電系統。正洞時先施工上臺階往小里程方向不少于20m，再進行下臺階開挖。在大小里程下臺階拱架落地后，掌子面要停止掘進，及時施作仰拱，使整個支護受力成環。在DK22+900～GDK22+930段開挖支護完成后，在此位置及時拼裝二襯臺車、防水板臺車，襯砌臺車模板安裝采用挖機配合吊起模板，移動臺車骨架的方法。在拼裝臺車段，隧道中心及兩側拱腰以上施作錨桿，錨桿采用?22mm鋼筋，長度為5m，縱向間距為1．5m，用錨固劑錨固密實。錨桿尾部制作成彎鉤，以便吊裝鋼模板二襯臺車拼好后，跳過預留最后襯砌的DK22+885～GDK22+915段，分龍巖和南平方向施作襯砌。隧道施工中的安全問題與進度問題一直是重點與難點，本文通過對斜井進正洞挑頂施工中的支護措施的加強以及挑頂工序的合理安排，既有效避免了施工過程中可能存在的風險，也同時加快了進度，為下一步正洞施工打下了良好的基礎。
作者：王鑫 單位：中鐵十二局集團有限公司
