沪昆铁路客运专线栋梁坡隧道斜井与正洞交叉段关键施工技术

2012-01-27边鹏飞

铁道标准设计 2012年8期

任浩,边鹏飞

(中交隧道工程局有限公司,北京 100088)

1 工程概况

新建沪昆铁路客运专线栋梁坡隧道位于贵州省黔东南州三穗至凯里区间,隧道起讫里程为DK499+055～DK508+349,全长9294 m,为标段内控制性工程之一,是Ⅱ级高风险隧道,同时也是沪昆线贵州境内贵阳以东段最长的隧道。隧道设计为单洞双线隧道,线间距5.0 m,最大开挖断面达到154.6 m2,隧道开挖采用钻爆法开挖,大型设备无轨运输。

1号斜井洞身与正洞交叉段穿越元古界前震旦系清水江组地层,岩性为变余砂岩夹粉砂质板岩,变余结构,板状构造,弱风化,斜井与正洞交叉段为Ⅳ级围岩。2号斜井洞身与正洞交叉段穿越元古界前震旦系清水江组地层,岩性为变余凝灰质板岩,凝灰质结构,中厚层构造,弱风化,斜井与正洞交叉段为Ⅲ级围岩。斜井水文地质条件受季节性变化较大,主要由大气降水补给,地下水类型主要为基岩裂隙水,施工时均采用反坡排水措施。

为了确保隧道的安全优质快速施工,隧道采用“长隧短打”的施工理念,栋梁坡隧道设计2座斜井作为辅助坑道,斜井最大开挖断面为56 m2。1号斜井设计长度为254 m,斜井洞身最大坡度为9.8%,与正洞交汇处40 m坡度为0.3%,与正洞左线交汇处里程为DK501+950；2号斜井设计长度为583 m,斜井洞身最大坡度为9.5%,与正洞交汇处40 m坡度为0.3%,与正洞左线交汇处里程为DK504+400[1-5]。

2 总体施工方案

2.1 工程特点

(1)斜井与正洞交叉处工序转换复杂,初期支护和临时支护交错进行,作业空间狭小,安全隐患较大。

(2) 2座斜井与正洞均为斜交,交叉段施工要实现从小断面向大断面突变,支护结构拆换及多种受力结构相交使得围岩处于复杂的三维受力状态,对施工方法、现场施工组织协调、工序转换和衔接等提出了更高的要求。

2.2 施工方案

为确保斜井与正洞交叉段安全顺利施工,斜井施工至正洞时垂直向正洞线路方向进洞,进洞位置通过上台阶形成一定坡度进洞挑顶,拱顶高程与正洞拱顶高程一致,适当加大预留变形量,采用弱爆破法人工风镐配合进行开挖,然后从右到左对正洞初期支护工字钢架进行喷锚支护,然后按照一定间距进行架立临时支护棚架,施工至隧道左边拱脚做好支护后拆掉临时棚架,再向两侧进行开挖形成一定正洞作业面,然后再按照正常正洞施工工序进行施工的方法。斜井与正洞交叉段平、立面关系见图1、图2。

图2 斜井与正洞交叉段断面

2.3 主要施工参数

(1)交叉段斜井井身初期支护主要参数

1号、2号斜井与正洞交汇段斜井井身和正洞洞身均采用加强支护措施,具体施工参数为：1号斜井X1DK0+012.86～X1DK0+22.86段10 m和2号斜井X2DK0+012.86～X2DK0+022.86段10 m拱墙均采用I18型钢钢架支护,间距0.6～1 m /榀,斜井左侧为0.6 m/榀,右侧为1 m/榀,C20喷射混凝土,系统锚杆采用φ22 mm砂浆锚杆,长度为3.5 m,间距为1.2 m×1.2 m,梅花形布置。

(2)交叉段正洞初期支护参数

1号斜井正洞DK501+930～DK501+970段40 m和2号斜井正洞DK504+380～DK501+420段40 m均采用I22a型钢钢架全环支护系统,间距0.6 m/榀,喷射C30混凝土厚度28 cm,φ8 mm钢筋网片,网格间距20 cm×20 cm,拱部设置φ25 mm中空注浆锚杆,每根长度为4 m,边墙设置φ22 mm砂浆锚杆,长度4 m,锚杆间距为1 m×1 m，梅花形布设[1]。

(3)辅助措施施工参数

辅助措施主要是在斜井与正洞交汇处和挑顶开挖时在初期支护钢架下施作的临时棚洞。交汇处采用I22a型钢钢架2榀合并焊接,棚柱脚底、顶部横撑处连接处均采用φ42 mm长度为4 m的锁脚锚管固定,每处不少于2根,并注1：1水泥浆液；挑顶处初支下部临时棚架立柱和横撑均采用I20型钢钢架,间距为1 m。

3 施工顺序及控制技术

3.1 斜井井身至交汇段施工

(1)在斜井井身施工至距与正洞限界轮廓线10 m扇形段时,拱墙采用I18型钢钢架进行支护,间距0.6～1 m /榀,斜井左侧为0.6 m/榀,右侧为1 m/榀,每处拱脚处设置φ42 mm锁脚锚管2根,长度4 m,并注1：1水泥浆液。

(2)待施工至斜井与正洞交汇处时,斜井紧贴正洞开挖轮廓线位置,形成挑顶施工工作面棚洞门(图3),宽度为3 m,高为斜井高度,棚洞门立柱采用2榀I22a型钢钢架(密贴),钢架与正洞中心线平行。在此型钢钢架上焊接2榀I22a型钢横梁,并在横梁两端用螺栓连接,横梁加强系统锚杆和锁脚锚杆设置。

图3 临时棚架与初支钢架支护关系立面(单位：m)

3.2 挑顶开挖及支护

(1)交汇处棚洞门稳定后,采用弱爆破法进行开挖,开挖半径在设计基础上线性放大22 cm，作为预留变形量或应急增补钢架支护系统,开挖线沿着正洞拱顶开挖轮廓线施工,开挖进尺为3 m左右,渣土采用小型挖掘机配合汽车外运。

(2)开挖找顶、危岩处理完毕后,架立I22a初期支护钢拱架、钢筋网片、系统锚杆、连接钢等,拱架单位长度要根据开挖进尺进行灵活调整,间距为0.6 m/榀,一端搭接在交汇处的棚架门上,连接处做好锁脚锚杆。然后在下部采用棚洞门架支撑对初期支护作为临时支撑,临时棚架采用I20型钢,间距为1 m,宽度为开挖导坑宽度,高度根据挑顶坡度、正洞弧线、导坑坡度综合计算。

(3)以上固定工作完成后再喷射C30混凝土,喷射厚度只要求覆盖初期支护钢架表面即可。通过以上工序进行循环施工至左边正洞拱脚处。通过监控量测和现场支护质量来分析稳定性状态,逐步拆除挑顶段的临时棚架,再覆喷初期支护表面,密切观察围岩变形状态,如围岩产生变形突变或其他安全隐患状况时,在挑顶段增设初期支护拱架,并做好锁脚喷锚措施,确保万无一失。