云桂铁路对门山隧道斜井挑顶进洞技术方案

2018-01-15才泳

价值工程 2018年2期

才泳

摘要：结合Ⅰ级双线铁路大断面隧道的特点，介绍了云桂铁路对门山隧道掘进由斜井安全进入正洞的施工方法，旨在能够作为类似隧道项目施工的参考，或对类似隧道的挑顶进洞施工作业起到一些指导作用。

Abstract： Based on the characteristics of GradeⅠdouble-track railway with large section， this paper introduces the construction method of inclined shaft into main tunnel in Yun-Gui railway Duimenshan tunnel， so as to be able to serve as a reference for similar tunnel construction.

关键词：隧道；铁路双线；斜井；挑顶进洞；技术创新

Key words： tunnel；railway double track；inclined shaft；top entrance hole；technological innovation

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）02-0137-03

0 引言

隧道施工的辅助坑道—斜井通常是以一定角度与正洞斜交，斜井与正洞相交的大角度一侧会出现一个“扇形体”围岩区，其结构受力复杂，施工时容易发生变形超限或掉块，甚者引发大范围的塌落现象。如果采取的施工方案及技术措施不当，极易出现质量及安全问题，造成较大的经济损失及工期延误。因此，在斜井挑顶进洞时要综合考虑具体的地质情况、斜井和正洞的结构特点、斜井与正洞的相互关系，而科学制定挑顶进洞的施工方案，以确保安全、快速的完成斜井进正洞的施工作业。

1 工程简介

云桂铁路对门山隧道位于丘北县辛店乡、冲头乡境内，进口位于辛店乡牛场坪村，出口位于冲头乡窝普寨，本隧道设计为单面下坡。进口里程DK588+056，出口里程DK597+640，全長为9584m，最大埋深约680m，隧道进口与牛场坪双线大桥相接。为加快施工进度，解决施工通风等问题，结合地形，地质条件，于DK591+580左线线路中线左侧设置一座斜井，于隧道出口段D1K594+550～D1K597+645段左线线路中线左侧30m设置平行导坑，均采用无轨单车道运行。

斜井长1700m，平面与正洞斜交，斜井与小里程方向交角50°，斜井综合坡度10%。

对门山隧道斜井进正洞处地质复杂，岩体破碎，节理发育，地下水呈细流，对隧道围岩有不良影响；故斜井与正洞斜交处地段围岩受力复杂，施工难度大，易形成塌方、突水等地质灾害；且施工断面较小，各种大型机械难以开展，施工进度较慢，更是提高了斜井进正洞的施工安全风险。

斜井与正洞相交处为Ⅳ级围岩，设计采用Ⅳ锚型衬砌，开挖方法为三台阶预留核心土法，采用I20b工字钢钢拱架，钢拱架间距按1.0m一榀。

2 施工方案

2.1 施工总体方案

斜井施工至与正洞交界后，以圆曲线形式转体进入正洞，同时设置上坡开挖至正洞拱顶高程，并继续往前方掘进一定距离，形成作业空间后，转向相反方向施工，扩挖、临时支护达到正洞标准断面。斜井进正洞时平面关系如图1所示，斜井进正洞时立面关系如图2所示，施工顺序安排详见表1。

根据斜井与洞的交角，从斜井左侧距正洞边缘1m处开始实施扇形支撑支护的施工作业，将斜井左侧型钢拱架调整间距为20cm，左侧型钢拱架间距还是保持为100cm。施工期间，密切进行围岩状态的监控量测，并根据围岩的实际状态及时调整支护参数及施工工艺。

2.2 施工步骤及采取的技术措施

①根据斜井与正洞相交角度，在斜井右侧间距1.0m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（如图1所示）。同时在此范围内对斜井围岩进行加强支护，每榀异型钢架每侧拱脚安装2根锁脚锚杆，？准22砂浆锚杆的长度由2.5m加长至4.0m。

②斜井与正洞交叉口段两侧各架立3根I25a异型钢架立柱，其间距分别按0.6m，以保证相交地段围岩三维受力状态的稳定。在异型钢钢架立柱上设置2I25a型钢横梁，I25a型钢横梁与I25a异型钢钢架立柱间采用螺栓连接牢固形成门架。设置型钢门架的目的是为了给正洞钢架提供一个支撑的平台，见图3所示。

此段正洞钢架安装时，其钢架左侧支撑点需落在型钢横梁上，故正洞不需安装在斜井侧的N2、N3钢架节段，即I25a异型钢架立柱取代了N3节段，而N2节段则换成了I25a型钢直线型斜梁，便于支撑在横梁上，见图2所示。正洞的仰拱钢架则与预埋在斜井仰拱I25a型钢焊接连接。当正洞上台阶开挖形成标准断面后，对于因找顶而在钢架后出现的超挖部位采取回填措施，回填材料为C25喷射混凝土。

③斜井进入正洞内的导洞施工。

1）导洞设计净宽为9m，其结构设计参数如图4所示。导洞采用间距为1m的HW125型钢钢架；采用长度3.0m的Φ22锚杆，按梅花型布置，间距1.0×1.0m；网格大小为0.2×0.2m的？准6钢筋网；喷射厚度为18cm的C20砼。严格按相关施工规程、指南进行支护结构的施工，确保钢拱架以及其纵向连接筋、锁脚锚管的施工质量。

2）根据土质情况及便于机械施工的要求进行导洞爬坡坡度的设计，以能够确保快速完成导洞的施工，减少施工安全风险为原则，本项目爬坡坡设计为21%。

3）完成爬坡导洞的掘进后，进行昆明方向正洞上部弧行导坑掘进，掘进按Ⅳ级围岩的开挖方法、支护参数进行。掘进长度达10m后，喷射混凝土封闭导坑的撑子面。反向进行南宁端正洞的掘进，每循环先开挖上部，架设完成上部钢架后，再拆除导洞钢架。endprint

4）反向开挖及支护。反向掘进按正洞Ⅳ级围岩上部弧形导坑的高度进行，先进行顶部的掘进，再扩挖两侧，掘进过程中拆除产生干扰的导洞钢架，依照相关支护要求开展钢拱架的施工，并完善其它初支结构。开挖分部分序如图5所示。

5）正洞掘进至标准断面后尽早浇筑仰拱，以尽早使初支与仰拱成环，确保结构及施工安全。

3 施工控制要点

隧道正洞与斜井相交地段为承受复杂应力的三维状态，为了确保安全顺利地完成斜井挑顶进正洞的施工作业，正洞的钢拱架需支撑于稳固的平台上，同时也要加强该段正洞钢拱架锁脚锚杆的施做，以避免钢拱架沉降。

①在辅助坑道斜井进入正洞的交界面布设一道加强环，加强环为3榀间距60cm的I25a钢架构成，钢架间沿斜井洞身设置环向？准22mm钢筋连接，并喷射C20砼覆盖型钢。

②门架頂部的横梁与辅助坑道斜井钢架拱顶牢固焊接，横梁与加强环拱架间的空隙加焊I25a斜撑，然后喷射混凝土回填密实。以加强门架的牢固性，提高其承载能力。加强环上半断面套拱施做完毕后，及时进行下半断面的施作，并浇注此段仰拱，使支护结构闭合成环。

③增设正洞初期支护钢拱架的锁脚锚管，每榀钢拱架单侧锁脚锚管设置4根以上，锚管长为400cm，注水泥砂浆，锁脚锚管与钢拱架间焊接连接，以控制拱架变形及下沉。

④进行隧道正洞扩挖后，按照Ⅳ级围岩，Ⅳb锚型复合式衬砌进行初期支护的加强，加强段落为40m，即前后各20m。

4 围岩变形监控量测

为了确保安全，进行隧道围岩水平收敛及拱顶下沉等监控量测采用了无接触围岩的量测新技术，不仅确保了监控量测的速度，也提高了量测精度。

4.1 测点布设

在正洞与斜井交界处前后的正洞及斜进内各设置3个监测断面，每个断面各布设一处拱顶下沉观测点，2条水平净空收敛量测基线。

4.2 量测方法

按照监控量测方案的频率要求，采用全自动多测回全圆观测法进行隧道围岩位移的观测，观测时获得各测点的坐标值，根据坐标值计算出各观测点的距离，以第一次量测的距离值为基准，绘制隧道围岩变形量与时间的S-T曲线图，获取得足够的观测数据后，进行隧道围岩变形量进行曲线回归分析，再由回归曲线进行位移值的预测，以判别所采取的防护方案及施工措施是否合理，并进行相应调整。

4.3 数所处理及分析

对正洞与斜井交界处所布设的6个监测断面进行了时长达2个月的监控量测作业，经对获得的量测数据进行了曲线回归分析，所有测点变形均已趋于稳定，由回归曲线进行位移值最终分析得：

①正洞拱顶下沉量预测值最大值分别为：38.61mm、33.51mm、37.64mm。

②正洞围岩水平收敛预测值最大值分别为：23.59mm、18.64mm、28.19mm、19.57mm、28.18mm、23.77mm。

③斜井拱顶下沉量预测值最大值分别为：29.19mm、21.58mm、19.04mm。

④斜井围岩水平收敛预测值最大值分别为：18.32mm、12.93mm、18.17mm、18.46mm、26.16mm、24.37mm。

经对监控量测的数值进行分析，按相关规范的要求，均达到了变形稳定性的要求。

5 结束语

①挑顶进洞过程中需加强围岩监控量测，对量测结果进行分析并及时反馈信息，以确采取了合理有效的支护措施。

②尽早浇筑交界处的斜井衬砌，挡头板沿正洞纵向安装。

③斜井与正洞掌子面施工时，为保证围岩及支护状态的稳定性，应安排专人进行值班。

④准备好各项应急材料及物资，并制定科学的挑顶施工安全应急预案。