达达木图软岩隧洞支洞进主洞技术方案

乔世军

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 835000）

1 工程概况

达达木图软岩隧洞工程位于伊宁县与察布查尔县交界的伊犁河干流段，隧洞穿越达达木图乡渠段，洞身均处在砂砾石层内，地下水位于洞底以下，洞顶上覆土层及卵石混合土层厚5～18 m，未胶结的卵石混合土围岩类别为V类，稳定性较差。隧洞（洞身）全长4795 m,隧洞走向62.53°，为无压明流隧洞，隧洞纵坡1/2200，隧洞断面为马蹄形，断面尺寸 6.2 m×6.2 m，Q设计=55.5 m3/s，Q加大=62 m3/s。工程主要包括：隧洞进口明渠及进洞行车道、隧洞进口渐变段、隧洞洞身、隧洞出口暗涵、隧洞出口矩形槽及进洞行车道、隧洞施工支洞。

2 支洞地质条件

上部为风积黄土，厚度1.5～2.5 m，其下为冲积卵石混合土层，据钻孔揭露，厚度大于30 m。根据探坑试验资料：大于60 mm占3.25%，60～40 mm 占 5.75%，40～20 mm 占 15.5%，20～5 mm 占36.75%，小于5 mm占38.75%，颗粒级配连续，发现少量砂层透镜体。干密度 ρd＝1.95～2.05 g/cm3，相对密度Dr=0.7。洞顶上覆土层及卵石混合土层厚7～14 m，围岩类别为Ⅴ类，稳定性较差。坚固系数 fk=0.8，单位抗力系数 K0=100～200 N/cm3，卵石混合土承载力标准值350～400 kPa，摩擦系数f=0.5，地下水位于洞底以下，对开挖无影响。

3 隧洞支洞施工

在桩号52+516 km处设置一条施工支洞，主洞开挖工作面为4个，单个工作面控制最大施工长度约1351 m。施工支洞进口明挖段长190 m，底宽8 m，边坡1∶1.5，纵坡12%；进口平台长10 m，宽10 m，支洞洞身段长64 m，采用城门洞型，开挖断面7.0 m×6.52 m（宽×高），边、顶拱衬砌厚度为0.5 m，底板衬砌0.2 m。施工支洞纵坡为12%(相应的倾角为7°)，进主洞前6 m为平洞。施工支洞开挖一次支护方式主要管棚超前支护、混凝土喷护、挂网支护、格栅拱架强支护等。

隧洞支洞开挖施工流程：施工所需材料准备→小导洞开挖及支护→主洞洞室开挖→主洞洞室支护。

4 施工方法

4.1 支洞跟主洞交接施工

主洞与支洞交接处6 m是平洞，在距交接面2.5 m时，采取超前支护措施，支护时采用4 m长φ25自行式锚杆，在顶拱120°范围内，按间距30cm布置，锚杆安装完成后，进行水泥注浆，以固结造孔时扰动的围岩。为确保扩顶段主洞施工安全，在支洞与主洞交接处设置了0.5 m宽的加强环。加强环为在支洞钢架外侧增设门型钢架，门型钢架分节与支洞钢架焊接在一起，共计2榀，每处拱脚增设4根锁脚锚杆，钢架间采用φ25钢筋进行纵向连接，间距30 cm，钢架接头连接板处采用螺栓连接。门型钢架安装前需在最后两榀拱架安装完成后，将拱架上部土方掏挖掉，顶部50 cm宽呈近似平面，以利加强环施工。见图1。

图1 支洞平交口加强段立面图（单位：mm）

门型钢架有横梁和立柱组成，横梁与支洞钢架空隙设置竖向立柱短撑，间距为30 cm，两侧对称设置，牢固焊接并密实喷护C25混凝土填充。门型钢筋支撑完成后进主洞洞挖采用小导洞开挖，边开挖边支护，根据地质情况设龙门架，间距按50 cm一框设置。

4.2 门型钢梁安全校核

门型钢梁承受小导洞拱架传递的荷载，校核时将门型钢梁上部荷载视为均布荷载，荷载由小导洞洞顶土压力、小导洞拱架自重、小导洞洞顶喷护混凝土自重等荷载组成，即：

1）小导洞洞顶土压力：0.54 kN；

2）小导洞拱架自重：16.4 kN；

3）洞顶喷护混凝土自重：162 kN；

4）工字钢梁承受荷载：178.9 kN；

5）两根工字钢梁跨中弯距：1257.8 kN·m；

6）单根工字钢梁跨中弯距：628.9 kN·m；

7）则钢梁弯曲应力：44.6 MPa；

Q235I16工字钢的许用应力值为170 MPa，大于计算得出的44.6 MPa,故判定钢梁稳定。

4.3 小导洞施工

小导洞尺寸呈近似梯形断面，上部开挖宽2.4 m，下部宽4.2 m，高3.5 m，按主洞轮廓线上坡开挖到主洞拱顶中线位置，然后向前平坡开挖至主洞另一侧上台阶拱脚位置处，小导洞钢架临时支护及时跟进。

小导洞预留核心土由人工开挖，顶部呈弧面，两侧边墙呈斜面，保证上窄下宽，以利于喷护混凝土时有足够的操作空间。在上坡开挖过程中，小导洞拱顶120°范围内进行超前支护，采用4 m长φ32自行式锚杆植入拱顶围岩，环向间距按30 cm宽布置，防止开挖导洞时顶部坍塌。小导洞采用I16工字钢支护，间距0.5 m，挂网喷射C25混凝土。施工中，导洞临时支护体系中的顶部钢架横梁位于主洞初期支护之外，后期施做主洞一次支护时不再取出，所以小导洞拱顶要高出正洞开挖设计线25 cm，以满足临时支护需要。小导洞首榀钢架与支洞加强环之间设置纵向斜撑进行牢固焊接，保证小导洞支护稳定。见图2，3。

图2 小导洞侧面示意图（单位：cm）

图3 小导洞立面示意图（单位：cm）

4.4 正洞施工

小导洞内套拱施工完毕后，按设计施工主洞一次支护I16工字钢拱架，拱架间距50 cm，与套拱钢架错开设置。拱架一侧落脚于支洞与主洞相交处加强环横梁上，焊接牢固，另一侧底脚按原设计支撑在拱脚原状土部位。小导洞内的初期支护完成3 d后，拆除小导洞一侧的临时支护，人工进行主洞开挖和支护5 m范围，然后采用人工配合挖机进行开挖和支护10 m，封闭该方向掌子面，同样方法掉头开挖主洞另一侧，待施工空间满足后，两侧工作面进行平行施工。

软压隧洞中的主支洞交叉段是工程施工中的重点难点，因此在施工中不但要演算其荷载压力，还要有安全监测数据的有力保障才能使工程顺利施工。