新黄土隧道横洞进正洞正交挑顶施工技术

2011-06-08沙强国

铁道勘察 2011年3期

沙强国

(中铁十一局集团第四工程有限公司,湖北武汉 430074)

传统的横洞进正洞挑顶施工是通过小导洞采用圆曲线进入正洞的方式,待到达正洞中线时再扩挖断面至正洞设计轮廓线。这种施工方法较为繁琐,工期长并且需要拆除的临时支护较多。新黄土隧道土质松散、自稳定极差,应在开挖后快速支护,尽量少扰动,防止变形过大引发坍塌。在朔(州)准(格尔)铁路卧龙山隧道进口挑顶施工时,将挑顶施工方法做了改进,采用垂直于线路中线的方向直接将正洞拱部轮廓线开挖出来,及时支护后再进行正洞开挖支护施工。

1 工程概况

新建铁路朔州至准格尔线卧龙山隧道为单线隧道,起讫里程改DK116+828.16～改DK128+772.55,隧道正洞全长11 944.39 m,隧道最大埋深187.5 m。卧龙山隧道设3座斜井及一座横洞，隧道进口位于209国道右侧的沟壑内,施工场地狭窄,于线位前进方向右侧改DK116+900处设置横洞,便于隧道进口端施工。横洞与线路小里程方向夹角为45°,横洞坡度-3%,水平长53 m,横洞与隧道采用斜交单联式,无轨运输单车道衬砌断面。隧道进口工程地质情况为：新黄土、粉质黏土,浅黄色,呈松散状结构,围岩稳定性极差。

2 施工方法

横洞与正洞相交喇叭口段是结构交点,处于三向应力状态,围岩应力集中，开挖后初期支护变形较大,施工中除按新奥法原理充分发挥围岩自身承载力外,还要通过增加各种辅助支护措施,加强初期支护,与围岩共同组成承载拱,保证结构的安全。

2.1 开挖方向转变

在横0+015处开始以1.0 m的间距安装异型钢架,完成由垂直于横洞中线到平行于正洞中线的过渡,横洞进正洞平面示意见图1。

横洞与正洞交叉口处的拱架不仅是横洞本身的加强支护手段,同时也承受该区域正洞拱部钢架传递的荷载,受力非常复杂,对交叉口段采取设置三榀I20a型钢拱架的加强措施,拱架并排焊接在一起,保证相交地段三维受力状态围岩的稳定。在交叉口拱架上焊接正洞拱架落脚点,为正洞拱架提供落脚平台,以改善交叉口部位钢架的受力条件,横梁两端通过I25工字钢立柱置于底板上,横梁与交叉口部位钢架之间采用型钢焊接；交叉口底板施工时拱脚需加I16工字钢横撑,并预埋正洞仰拱钢架连接点。为保证交叉口底板与仰拱稳定受力,该段底板在设计基础上加厚20 cm,钢架长度也相应增加。开挖前做好超前小导管预支护措施,开挖支护过程中需注意每次进尺不超过1榀拱架间距,开挖后及时架立型钢拱架并喷射混凝土。交叉口横断面见图2。

图1 横洞进正洞平面示意(单位：cm)

图2 交叉口横断面(单位：cm)

2.2 横洞进入正洞内的导洞施工

为保证施工安全及操作方便,导洞宽度控制在3 m以内,高度为1.8～2.0 m。导洞横断面见图3。导洞在距交叉口掌子面初支拱顶2 m的高度进洞,以56%的坡度爬到正洞中线后,再以20.8%的坡度下到正洞上台阶的边墙。导洞纵断面及临时支护措施见图4、图5。

图3 导洞横断面(单位：cm)

图4 导洞纵断面(单位：cm)

导洞开挖前施做φ42、壁厚3.5 mm的超前小导管进行预支护,小导管角度为37°,每排长度3 m,相邻两排小导管水平搭接长度不小于1.0 m,小导管间距20 cm,每导洞每循环进尺不得大于50 cm。由于黄土松散,应采用人工开挖,减少对围岩的扰动,开挖后及时支护。导洞临时支撑柱与顶部横梁必须牢固焊接在一起,临时支撑柱间距40 cm,临时支撑柱落底采用预制混凝土块垫脚,确保稳定,减少下沉。为保证正洞拱顶轮廓限界,开挖预留20 cm变形量。

完成导洞施工后,及时安装正洞拱部拱架,完成“导洞临时支撑→正洞拱架支撑”的支护体系转变。正洞拱架间距75 cm,左侧拱脚落到导洞前端墙脚,及时施做锁脚锚管固定,使用预制混凝土块垫脚,确保落脚坚实；右侧拱脚落到交叉口顶部横梁上,注意拱脚必须与横梁牢固焊接。根据交叉口断面形状,右侧落脚与横梁连接部分需使用2 m直钢架替代拱架,拱架加工时按照技术交底措施进行,在工字钢腹板接头部分采用双面帮焊加强措施。

按照线路设计坡度向大里程方向开挖,按照弧形导洞拱顶轮廓继续进行正洞上台阶掘进,每次进尺75 cm,及时安装正洞拱部拱架。进行正洞施工时对有影响的导洞临时支撑进行拆除。采用人工风镐凿除混凝土,严禁爆破拆除,以减少对围岩的扰动。施工超过交叉口横洞边墙后,喷混凝土封闭大里程方向工作面。

返回导洞位置开挖正洞中台阶及下台阶。