破碎围岩斜井调洞施工技术

2012-08-21张文博

山西建筑 2012年32期

张文博

(中铁十四局集团第二工程有限公司，山东泰安 271000)

1 工程概况

策马村隧道位于山西省太原市偏远郊区，隧道起讫里程为DK60+172～DK67+044，全长6 872.0 m。隧道设计:单面上坡，坡度为11‰的双线隧道，斜井与线路(右线中心)相交夹角为46°，斜井与正线相交于直线上。斜井与正洞相处地质情况为:围岩为寒武系中统页岩，裂隙、节理很发育，岩体破碎，承载力基本值为800 kPa，岩土施工工程分级为Ⅴ级。

2 斜井与正洞过渡形式

策马村隧道增加斜井以46°与正洞相交，且此处岩体破碎，节理、裂隙很发育，如果采用“喇叭口”的形式过渡到正洞，斜井与正洞交界面处斜井跨度很大，达到19 m，施工难度极大，且成本较高，为保证交界处在三维受力作用下的安全，及交界处的安全运营，在满足施工机械作业、行车净空，车辆通行安全、畅通的前提下，策马村隧道斜井采取如上方式过渡到正洞(平面布置见图1)，斜井左侧边线与线路方向的夹角为60°，右侧边线采取圆曲线的形式与正洞相交于右侧边线。

图1 斜井与主洞相交处平面布置图

3 斜井向正洞断面转换施工技术措施

3.1 开挖方法

根据斜井与正洞相交角度，在斜井与正洞交接范围内安装异型钢架，完成由垂直于斜井中线到平行于正洞中线的过渡，具体为左侧2.31 m范围内间距21 cm，右侧13.2 m范围内间距为120 cm，安装过程中通过测量确定异型钢架中线位置，然后通过施工横向导坑进入正洞洞身开挖。

3.1.1 斜井与正洞交接段斜井开挖

因该段开挖施工工序多，施工中存在多次断面转换，施工难度大，开挖后支护闭合时间长等诸多不利因素，采用台阶法施工。从XDK0+30处变下坡道(设计为7.5%)为平坡，结合钢架尺寸，斜井与正洞交界处上台阶高度为3.5 m(如斜井转入正洞开挖步序见图2)。

图2 斜井转入正洞开挖步序图

3.1.2 斜井转入正洞横向导坑开挖

斜井上台阶开挖支护与正洞交界处后，于正洞与斜井相交里程起，采用垂直于线路方向的横向导坑进入正洞洞身开挖，于正洞中线处达到正洞拱顶高程，横向导坑拱顶高程比正洞设计开挖线高出28 cm，包括预留变形沉落量8 cm和临时支护厚度20 cm。

考虑此段围岩破碎，开挖过程中严格控制进尺，每循环进尺1榀钢架，开挖后及时进行初喷混凝土，在①部台阶主洞部分(横向导坑)开挖时采用门式Ⅰ16钢架临时支撑(间距1 m)，横向导坑拱顶部分开挖及支护按主洞弧形控制。临时钢架布设见图3。

3.1.3 斜井与正洞交接段正洞开挖

1)横向导坑开挖完成后，及时施作横向导坑范围的主洞初期支护，主洞钢架一端与设置的钢托梁焊接牢固，另一端加强锁脚锚杆，确保主洞钢架的稳固。

2)沿隧道正洞大里程方向，拆除门式Ⅰ18钢架临时支撑，向前开挖①部(上台阶弧形导坑)。向前开挖10 m后，喷射混凝土封闭掌子面，暂停该方向开挖，开挖②部，待②部与①部相差1.5 m时，暂停该方向开挖。

3)掉头拆除隧道正洞小里程方向门式Ⅰ18钢架临时支撑，开挖①部(上台阶弧形导坑)。向前开挖10 m后，喷射混凝土封闭掌子面，暂停该方向开挖，开挖②部，待②部与①部相差1.5 m时，暂停该方向开挖，向大里程方向开挖③部，沿大里程方向形成正常开挖步序、正常施工。

4)待正洞拱架落底后及时施作交接段正洞的仰拱，使初期支护与仰拱及早成环，确保工程安全。正洞开挖步序图见图4。

3.2 斜井与正洞交接处支护参数

3.2.1 斜井与正洞交接段斜井支护参数

1)斜井在靠近主洞洞口段采用Ⅰ20钢架，左侧3.09 m范围内间距30.9 cm，右侧12.83 m范围内间距为128.3 cm，钢架采用φ22螺纹钢筋纵向连接筋焊接在一起，连接筋环向间距1 m，拱脚采用φ42锁脚锚管加固。

2)斜井拱墙喷射C20混凝土厚25 cm，拱墙设φ22砂浆锚杆，长3 m，间距1.0 m×1.0 m(环向×纵向)，梅花形布置，拱墙挂φ8钢筋网，网格间距25 cm×25 cm，搭接1个～2个网格。

3)配合钢架设φ42超前小导管超前支护，小导管长4.5 m，间距0.4 m ×3 m(环向 × 纵向)，布设范围拱顶120°。

图3 横向导坑钢架布置图

图4 正洞开挖步序图

3.2.2 斜井转入正洞横向导坑支护参数

横向导坑设计净宽4 m，详细结构尺寸见横向导坑钢架布置图(见图5，图6)。支护参数为:Ⅰ18型钢钢架，间距1 m/榀，φ22锚杆，长度3.0 m，间距1.0 m ×1.0 m，梅花形布置于拱顶范围;φ8钢筋网，网格间距0.25 m×0.25 m;喷射C20混凝土，厚度20 cm。

3.2.3 斜井与正洞交接段正洞支护参数

主洞段设计采用Ⅴ级围岩一般锚段复合式衬砌，此处围岩破碎且长时间不能封闭，在设计的基础上对此处初期支护进行加强，支护参数为:

1)设置13 cm×16 cm格栅钢架，间距1.0 m，钢架采用φ22螺纹钢筋纵向连接筋焊接在一起，连接筋环向间距1 m，拱脚采用φ42锁脚锚管加固。

图5 斜井与主洞交界处钢架布置图（一）

图6 斜井与主洞交界处钢架布置图（二）

2)拱墙喷射C25混凝土厚18 cm，拱部设φ25组合中空锚杆，边墙设φ22砂浆锚杆，两种锚杆均长3 m，间距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，拱墙挂φ8钢筋网，网格间距25 cm×25 cm，搭接1个～2个网格。

3)配合钢架设φ42超前小导管超前支护，小导管长4.5 m，间距0.4 m×3 m(环向×纵向)，布设范围拱顶120°。

3.3 斜井与正洞钢架相交处的处理

由于正洞围岩破碎且开挖断面较大，为确保挑顶段正洞施工安全，在横洞与正洞交界处设置一加强环，加强环由三榀Ⅰ20b工字钢焊接而成，喷25 cm厚混凝土覆盖钢架。在斜井与正洞交接处施工的异型钢架段底板增加初期支护，具体为:Ⅰ18工字钢按异形钢架间距布设、喷25 cm厚C20混凝土，并及早施作斜井底板与二衬。

1)为保证主洞钢架有稳固的落脚点，将斜井与主洞相交处钢架用三榀Ⅰ20b钢架焊接而成，上设Ⅰ20b工字钢托梁，如:斜井与主洞钢架布置图见图5，主洞钢架落在托梁上并与托梁焊接在一起，相交处主洞钢架加工尺寸如:斜井与主洞交界处钢架布置图见图6。

2)主洞钢架拱脚处加设锁脚锚管，与斜井钢架连接处拱脚设4根长4 m的锁脚锚管，以保证拱架稳固。

3)斜井与正洞相交处的托梁和钢架之间采用Ⅰ20b钢支撑(三榀工字钢焊接而成)焊接在一起，Ⅰ20钢支撑间距为1.0 m(与主洞钢架一致)，主洞钢架落在钢支撑上顶在托梁上，具体如托梁与主洞钢架和钢支撑连接布置图见图7。

图7 托梁与主洞钢架和钢支撑连接布置图

4 施工控制要点

4.1 斜井与正洞交接处斜井范围的施工

初期支护顺序:初喷，钢架安设，挂网(施工超前小导管)，锁脚锚杆，喷射混凝土，注浆，超前小导管配合钢架对下一循环进行超前支护，长度4.5 m，外插角5°～15°。封好管口，复喷至设计厚度，及时注浆。待水泥浆固结后进行下一循环的开挖。

4.2 斜井与正洞交界面的施工

斜井与正洞交界面处的钢架，采取三榀Ⅰ20b工字钢焊接而成，作为主洞拱架的落脚点的钢支撑和托梁与钢架焊接成一个整体，必须确保焊接质量。

4.3 斜井与正洞交接处正洞范围的施工

1)横向导坑的施工。在施工横向导坑即交接处正洞上台阶时，所架立的临时钢支撑标高必须高于主洞设计开挖标高，并预留一定变形量，防止初期支护侵入二衬。

2)正洞施工。a.横向导坑施工完成后，立即进行横向导坑范围的正洞初支，待喷射混凝土强度达到设计强度的70%后方可拆除横向导坑临时钢支撑，进行正洞上台阶的开挖、支护，主洞钢架与钢支撑及钢托梁连接牢固。b.每一开挖循环的进尺为1.2 m(一榀钢架间距)，在上台阶施工10 m左右，停止开挖上台阶，开挖斜井下台阶及正洞中台阶，待正洞中台阶开挖距上台阶1.5 m时，反方向开挖正洞另一侧上台阶，最后开挖斜井底部及时施作底板，并进行正洞下台阶的开挖、支护，工作空间满足的情况下及时施作主洞仰拱及仰拱填充，使主洞初期支护与仰拱及早成环，以正常的施工工序施工正洞。