汉邑村隧道斜井进入正洞挑顶法施工技术

戚乐方

（中铁十局三建公司，安徽 淮南 232000）

1 工程概况及施工方案的选择

汉邑村隧道全长6677 km，其中分别在D1K17+000和D1K18+200里程设1#和2#两座斜井。其中1#斜井井身与正洞正交，2#井身与正洞斜交45°，且井身为反坡，坡度9.26%，全长280 m，施工难度大，最具代表性。与正洞连接处围岩为Ⅲ级白云岩，裂隙发育，较破碎。由于井身中线与正洞中线成斜交45°，斜井井身宽6 m，井底与正洞交接处宽8.48 m，考虑到机械交通行驶及转弯有效宽度，无需再向两侧扩宽成喇叭口，只需直接施作到正洞洞身，后沿正洞中线方向向大小里程分别挑顶开挖形成正洞开挖断面。同时考虑此处为三岔口处，受力最为薄弱，在井身施工到正洞后，向大小里程挑顶开挖过程中，采用“短进尺，弱爆破，强支护”手段，并形成上下台阶向前施工。

2 施工工艺

2.1 开挖工艺

由于交叉口处为Ⅲ级白云岩，岩质较硬，自稳性较好，所以采用先开下导小洞，再压顶，同时保留上下台阶的开挖方法。

2.1.1 施工测量放线

当施工到井底时，由技术人员现场测量放线，确定井底与洞身交接位置AB，确定出b方向，使开挖沿b方向开挖，见图1。当沿b方向开挖到一定尺寸后，测量放出正洞洞身中线及正洞洞身断面轮廓线，使b方向继续向前开挖时好确定各炮眼深度，使得开挖时不会使正洞洞身线左形成大的超挖或欠挖，见图2。同时在向大小里程扩正洞断面时形成正洞开挖轮廓。

图1

图2

2.1.2 “正反向挑顶”

当沿b方向施工到正洞洞身线右A′B′轮廓线时，即在正洞形成断面，见图3、图4，分以下步骤开挖：

图3 图4

（1）由于井身向大里程方向为顺角方向，便于机械等进出，故先沿大里程方向，由1部向2部开挖出下导洞，形成继续开挖2部上导顶部的爆破临空面，然后再对2部上导顶钻凿压顶爆破炮眼，放压顶炮对2部进行压顶爆破开挖。如此循环施作，逐步形成向大里程开挖的正洞断面轮廓。由于是受力薄弱段，向2部压顶爆破开挖成功，形成正洞开挖轮廓断面后，继续开挖2部上导，形成向大里程开挖的上下台阶，进行上下台阶开挖，台阶长5～8 m。同时2部的下台阶也为反向向3部施作压顶时提供了开挖工作平台。

（2）2部上下台阶形成后反向对3部进行压顶爆破开挖，1部和已开挖的2部上断面为3部的压顶爆破提供足够的临空面。3部压顶的落渣在已开挖的1部，保留这部分渣子在1部，形成在1部的下导台阶，为继续对3部进行向小里程的压顶爆破开挖提供下台阶平台。但在先前对2部开挖时，要及时清除1部的落渣，方便施工机械和开挖台架的进出。

（3）对3部压顶施工完成后到4部已基本形成向小里程方向开挖施工的正洞洞身上断面。后继续向小里程4部进行上导开挖，形成向小里程开挖的上下导台阶，台阶长5～8 m。在此开挖过程中不断清除1部的落渣，方便施工机械和开挖台架的进出。

（4）完成正洞上导台阶的开挖支护后，清除1部堆渣，逐步完成1部线右下导支护，再先向大里程进行下导开挖，原因是向大里程顺角，方便机械出渣和施工，形成足够的开挖工作空间后，再反向向小里程方向开挖下导。

（5）由于井身与洞身斜交45°，对于整体式开挖台架由井身通过1部进入洞身比较困难，同时压顶施工时，工作空间很小，整体式开挖台架不适合使用，采用拼装式脚手架，便于进出洞身。

2.1.3 开挖进尺

开挖进尺遵循“短进尺、弱爆破”的原则。每次开挖下导洞的循环进尺≤2.0 m，压顶开挖≤1.5 m。并采用周边眼用导爆素光面爆破，减少对周边原岩的扰动，不形成应力集中点。同时人工风镐修边配合。

2.2 钻爆工艺

由于采用先开下导小洞，再进行上导压顶，故对此两步爆破方式和爆破参数选择尤为重要，有助减小对原岩的扰动，节省炸药。

2.2.1 小导坑钻爆工艺

当井身开挖到AB轮廓线后，转为沿b方向钻爆掘进，开挖尺寸为8.48×6.49 m。爆破工艺采用如下：掏槽眼采用Ⅲ级上下垂直楔形掏槽，掏槽眼上下间距60 cm，Ⅰ级掏槽水平间距0.86 m，掏槽眼深0.86 m，Ⅱ级掏槽眼水平间距1.26 m，眼深1.49 m，Ⅲ级掏槽眼水平间距1.66 m，眼深2.13 m，角度分别为Ⅰ级60°、Ⅱ级65°、Ⅲ级 70°，见图 5。

周边眼沿开挖轮廓线布置，间距40 cm，周边眼最小抵抗线60 cm，眼深2.0 m。辅助眼布置在周边眼与掏槽眼之间，布置两环，环向间距分别为70 cm、80 cm，眼深2.0 m。炮眼布置见图6。

图5 三级楔形掏槽炮孔布置

图6 炮眼布置

2.2.2 压顶钻爆工艺

当完成小导坑开挖后就为上导顶部的压顶爆破提供了临空面。一般情况下，正常洞身掘进时，爆破的临空面为垂直的掌子面；而进行压顶爆破时的临空面就相当于将掌子面旋转90°而成的水平面。当临空面为垂直的掌子面时，采用楔形或直眼掏槽眼进行掏槽；相应的，当临空面为水平面时，采用“扇形”掏槽眼进行压顶。其炮眼布置见图7，图中，起爆顺序由1～4。其压顶可能要经过多次才能彻底完成，形成正洞洞顶轮廓，并需人工风镐修整配合。

图7 洞身纵断面图

2.3 支护工艺

整个交叉口处支护采用喷锚支护，并采用拱架加强。

2.3.1 井底支护

当井身开挖进入正洞洞身，形成AB轮廓后，及时施作井底AB处支护。

由于正洞洞身此段线左支护重量完全由井底AB处支护承担，故在AB处施作18#工子钢拱架进行加强支护，并反向向井身方向采用格栅钢架加强支护，其余支护参数见表1。

表1 井底初期支护参数

同时由于AB处支护即为井底支护，又不能侵入正洞洞身衬砌，故施作AB处井底支护钢架时，现场跟踪测量放线，使AB钢架刚好与正洞洞身开挖轮廓线相切，见图8。

图8

图9

2.3.2 临时支护

完成井底支护后，在沿方向向正洞1部开挖时，每开挖完成后及时初喷3～5 cm厚喷射C20砼封闭围岩，形成临时支护，待稳定后继续向前开挖。在完成1部开挖后，由1部向2部下导洞开挖和对2部压顶，再由2部向3部压顶及由3部向4部开挖上导的每一循环，都及时初喷3～5 cm厚喷射C20砼封闭围岩，形成临时支护。

2.3.3 正洞洞身初支

表2 正洞2部和4部洞身初期支护参数

虽然此处为Ⅲ级白云岩，但由于此段不仅受力薄弱，而且到正洞施工的最后才能完成衬砌，故先采用格栅钢架加强支护。支护方法由开挖方法确定为上下导支护，具体步骤如下：

（1）1部向2部施工开挖形成上导台阶后，及时施作上导格栅钢架，支护参数见表2。

（2）当向3部反向压顶时，每完成一循环及时施作上导格栅钢架。该拱架为异型架，线左连接在井底AB处钢拱架上，采用钢板夹焊，线右落在下台阶上，采用22a槽钢垫实，见图9，其余支护参数见表3。

（3）完成向大小里程的上导支护后，清除1部堆渣，逐步完成1部线右下导支护。再先向2部下导开挖并完成支护，后再反向完成4部下导开挖和支护。

3 安全措施

在有井身进入正洞洞身挑顶施工过程中要求加强现场指挥力量，现场专人指挥，同时要求严格按照设计和施工方案要求进行，在井身支护完成后方可向正洞掘进。在挑顶开挖过程中，严格遵循“短进尺、弱爆破、强支护”原则，开挖后及时施作C20喷射砼，形成临时支护。同时在开挖施工过程中，采用加长炮眼超前探测前方围岩，以便及时调整施工方法。

4 结束语

通过对汉邑村隧道2#斜井采用挑顶法由井身进入正洞的施工，形成正洞大小里程开挖断面的全过程，一直遵循“严把质量，确保安全，兼顾进度”的原则，从这个思路来选择施工方案，组织安排施工。同时，通过在现场的施工中，不断结合现场开挖的实际情况和施工的安全、方便，不断在施工中摸索和总结，来进一步优化方案。同时又及时地反映在现场的施工方法当中。