仁丽铁路新关坡隧道横洞挑顶进正洞施工技术

陈旺

【摘 要】文章结合双线铁路隧道大断面的特点，介绍了仁丽铁路新关坡隧道由横洞安全挑顶进入正洞的防护措施设计及施工方法，希望能够为类似隧道项目挑顶进洞的施工作业提供参考及指导作用。

【关键词】双线铁路隧道；大断面；横洞；挑顶进洞；方案设计

【中图分类号】U455.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）02-0099-03

1 工程概况

1.1 工程简介

仁丽铁路新关坡隧道施工时，根据隧道地质地形情况，结合总工期要求，决定在隧道中部D1K152+510线路左侧增设一长度为25 m的横洞。横洞按照无轨双车道设计，横洞断面净空尺寸为7.5 m（宽）×6.2 m（高）。采用Ⅴ级围岩模筑衬砌，设置拱墙I14型钢钢架及拱部超前小导管加强支护。横洞与线路平面交角为90°（如图1所示）。

横洞进正洞处围岩级别为Ⅳ级，为了确保施工安全，横洞的衬砌采用了单车道的Ⅴ级模筑衬砌。在横洞进正洞相交处的正洞前后各20 m范围内（D1K152+490～+530段）初支类型按Ⅴ级围岩，为Ⅴa型复合式衬砌。

1.2 地形地貌

隧址处上覆第四系全新统滑坡堆积层（Q4del）粉质黏土，泥石流堆积层（Q4sef）碎石土，冲洪积层（Q4al+pl）粉质黏土、卵石土，坡洪积层（Q4dl+pl）碎石土，坡崩积层（Q4dl+col）碎石土，坡积（Q4dl）粉质黏土，坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土、碎石土；下伏基岩为白垩系下统景星组（K1j）石英砂岩夹泥质砂岩、侏罗系中统和平乡组（J2h）页岩夹泥岩、砂岩、板岩、泥灰岩，小红桥组（J2x）泥岩夹砂岩。

横洞处为构造侵蚀、风化剥蚀中山区红层地貌，自然横坡为8°～30°，局部较陡，山间自然横向冲沟发育。丘坡上覆土层较薄，基岩部分裸露，地表被垦为旱地。

2 横洞挑顶施工方案

2.1 总体方案

结合地质条件、横洞结构尺寸等，挑顶方案采取矩形导洞法。

当横洞距交叉口为5 m时开始实施挑顶进洞，采用矩形导洞变截面拱架挑高拱顶法施工，导洞采取两台阶法，横洞的拱顶逐渐抬高，在正洞中线处横洞抬高段开挖标高较正洞抬高25 cm。

当距交叉口60 cm时，开始设置横洞加强环，按横洞的设计断面尺寸施作，当横洞上台阶掘进至交叉口处时，紧贴加强环处设置间距为5 m的I18竖向支撑作为第一榀矩形导洞的门架，门架施做完毕后，对导洞范围外的掌子面进行喷混凝土封闭。然后按宽为5 m的矩形导洞挑顶进入隧道正洞，矩形导洞门架的上横梁按正洞拱顶弧形轮廓线上抬+25 cm的位置设置并紧贴开挖面，横梁的安装位置要与正洞拱顶开挖轮廓曲线相适应，以形成正洞拱部弧形并预留正洞钢拱架的安装空间。故横梁安设高程先是按计算的数据逐榀递增升高，至隧道中线后逐榀降低。

导洞的矩形门架安装间距为1 m，当矩形门架安装完成第5榀后，喷射混凝土封闭导洞的掌子面，将横洞下台阶掌子面跟进到交叉口，然后把交叉口处的初支钢架及加强环钢支撑接长落底后，喷射混凝土封闭围岩，随后安装加强环上的I25a“工”字钢横梁，横梁下设置间距为80 cm的竖向I25a“工”字钢支撑于加强環上，使横梁与加强环形成稳定的承载整体。

加强环及上部支撑横梁施做后，继续进行导洞的掘进，直至隧道右侧洞身掘进轮廓线，随后进行正洞初支拱架的安装，正洞初支拱架与导洞矩形门架横梁垂直交叉，正洞拱架右侧拱脚正常地落在隧道基岩上，并于拱脚处加设钢垫板，同时每个拱脚处设置4根长3.0 m的φ42 mm锁脚锚管。左侧拱架部分节段需采用异型拱架，端头支撑于加强门架上的横梁上。

待正洞初支施做完毕后，及时进行交叉口处横洞衬砌浇筑，而后进行向正洞大小里程方向的掘进施工。

横洞进入正洞挑顶平面如图1所示，横洞进入正洞立面关系如图2所示，交叉口门架示意如图3所示。

2.2 挑顶进洞施工的工序安排及关键技术

（1）横洞段加固。横洞衬砌采用了双车道的Ⅴ级模筑衬砌。横洞处由距交叉口5 m处开始，钢架由格栅换成全环采用I18型钢钢架，且钢架距离由原1.0 m调整为0.6 m，横洞拱部以22%坡度向上爬升，钢架按横洞断面尺寸安设。

于交叉口处架立第一榀矩形导洞门架的竖向支撑，门架宽度为5 m，门架中心线与横洞重合。门架安设完成后，对除矩形导洞外的横洞掌子面进行喷射混凝土封闭。

在挑顶进正洞前施作横洞的衬砌，以确保交叉口结构稳定安全。但靠近隧道边墙1 m范围内底板暂不施作。

（2）矩形导洞施作。喷射混凝封闭横洞掌子面后，开始以5 m宽矩形导洞垂直于正洞中心线的方向上挑顶进入正洞，按设计尺寸及间距施作至第5榀门架。门架上的横梁安装标高按设计值及并顺应正洞拱顶弧形，并预留30 cm沉降量。

矩形导洞门架材料为I20a“工”字钢，每榀间隔为1.0 m，钢架间连接筋为环向间距1.0 m的φ22 mm钢筋，横梁处挂设网格间距为20 cm×20 cm的φ8 mm钢筋网，每榀钢架底部设置2根φ42 mm无缝钢管锁脚锚管，锚管长度为3.5 m。导洞喷射混凝土封闭，因竖撑为临时结构，在后序施工中要拆除，故竖撑与横梁采用螺栓连接，连接部位喷射混凝土前采用编织袋包裹防护。

（3）横洞抬高段下台阶施工。矩形导洞前5榀门架施做完成并喷射混凝土后，对下台阶实施开挖，随着下台阶的掘进，加强环、导洞等钢架落底，全环封闭。

（4）剩余矩形导洞施工。进行剩余矩形导洞掘进，其掘进及初期支护施工工艺及方法与已完工部分相同。

（5）交叉口加强环施作要点。横洞与正洞交叉口处因结构复杂，应力集中，且位于横洞侧的正洞初期支护钢拱架无法落在围岩上，需特别设置支撑点，为了确保安全及围岩稳定，在交叉口处设置加强环，加强环为并排在一起的3榀I25a型钢钢架，间距设为0.3 m。并于每侧中、下部设置4根4 m长、φ42 mm的锁脚锚管进行加固，钢架各单元焊接240 mm×290 mm×14 mm连接钢板后通过M27螺栓连接成型；钢架间环向连接筋采用φ22 mm钢筋，环向间距为1 m，与钢架满焊；钢架两侧底角设置纵向贯通的[32a槽钢；喷混凝土厚度为29 cm。然后施作交叉口处剩余1 m范围底板混凝土，使加强环生根。

采用I25a“工”字钢作为支撑横梁，横梁与加强环间设置间距为80 cm的I25a“工”字钢竖向支撑加固。横梁与竖向支撑之间采取焊接连接钢板后通过M27螺栓连接成型。

（6）体系转换施工。当交叉口加强环安装完成后，在导洞内进行正洞拱架安装。正洞采用I20a型钢钢架，间距为60 cm，在矩形导洞中共安装钢架9榀。在靠横洞一侧正洞钢架落于横洞交叉口的横梁之上，并焊接牢固，另一侧落于基岩上，拱脚用高强度工程塑料锲紧，加设2根6 m长φ76 mm锁脚锚管，锁脚锚管与钢架通过φ25 mm钢筋焊接牢靠，确保钢架脚部稳定。矩形导洞9榀钢架安装完成后，及时泵灌C35混凝土封闭并回填超挖部分，完成体系转换。

（7）正洞开挖。正洞开挖前，做好第一循環超前支护，采用φ42 mm钢花管，壁厚3.5 mm，长4.0 m，环向间距为40 cm，施作范围拱部为120°，采用1∶1水泥浆注浆加固。

横洞断面范围以外的正洞40 m范围内（DK152+470～+550段）采用Ⅴ级围岩支护类型，Ⅴa型复合式衬砌，支护参数如下：钢架I20a型钢钢架，间距1 m，φ22 mm钢筋作纵向连接筋，环向间距1 m，拱脚处增设2根4 m长、φ42 mm的锁脚锚管，用φ25 mm钢筋将锁脚锚管与钢架焊接牢固，全环喷混凝土厚度为23 cm。

正洞开挖按弧形导坑预留核心土法进行施工，每循环进尺不大于0.6 m，先开挖上部再开挖两侧。导洞及导洞内正洞上导初期支护施工完成后，在矩形导洞竖向钢架喷射混凝土预留处，采用氧割逐榀拆除大里程方向临时支撑，破除喷射混凝土，先向丽江方向掘进并支护10 m后，按原设计继续向仁和方向掘进及支护30 m，喷5 cm厚C25砼封闭掌子面后，再反方向向丽江方向掘进。

正洞开挖落底后，立即施作排水设施和浇筑仰拱及施工仰拱填充，尽快使初支封闭成环，提高初支稳定性，确保隧道结构及初支安全。在与横洞的交叉口处，要尽早封闭环，拱架落脚在坚固的平台上，小心进尺。同时加强围岩及初支的监控量测，有异常情况出现时，立即撤离人员和机械。

（8）交叉口处二次衬砌。丽江方向掘进达到24 m后（两循环衬砌24 m），停止掌子面掘进，进行仁和方向掘进。先在丽江方向施作仰拱及浇筑两循环正洞衬砌，然后在仁和方向施作仰拱及浇筑两循环正洞衬砌，再浇筑交叉口仰拱，组装栈桥。按正常施工程序进行隧道掘进。

3 挑井进洞关键工序安全措施

（1）施作完成交叉段的横洞衬砌浇筑后方进入正洞的掘进施工。

（2）在横洞挑顶进正洞施工转换过程中，要加强围岩及支护的监控量测工程，根据监控量测的数据及时分析围岩及支护情况，并据此调整施工支护参数。

（3）交叉段的加强环设置于正洞支期支护断面内，以确保为正洞提供安全牢固的支撑。

（4）正洞交叉口段掘进初支后立即施作相应仰拱、衬砌，及早使初支与仰拱封闭成环，确保隧道施工安全。

（5）施工作业时，为了防止大型挖装等施工机械碰撞拱架型钢，防止钢架损坏，掘进施工时设专人指挥，并严格限制机械作业界限，以避免机械碰损钢架。

（6）挑顶进洞施工安全风险高，施工时设置保持畅通的逃生通道。

（7）拱架立柱均要求支撑于坚实围岩土之上，如果围岩软弱，则在立柱下加设垫板或是垫梁。

（8）交叉口段横洞及正洞掘进时，设专人随时对围岩及支护的安全稳定状态进行观察。

（9）正洞仰拱初支钢架与横洞加强环处的仰拱初支钢架焊接，同时正仰拱衬砌钢筋与横洞的铺底钢筋联结，以确保正洞与横洞的支护结构联结成稳固整体，共同承载。

（10）做好应急预案，配备应急材料、物资。

4 结语

挑顶进洞施工风险高，施工前应科学设计挑顶进洞施工技术方案及安全防护措施。施工中严格坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则。开挖自上而下，不得掏底和上下重叠开挖。施工过程中安排专人观测，发现围岩有异动情况，及时组织人员撤离。开挖人员到达作业面，先检查拱顶和拱腰是否稳定，如有松动的石、土或裂缝，应先予以清除或支护。

隧道开挖后，及时进行支护施工，加强监控量测，关注围岩变形情况，使所有不安全因素处于受控状态。若围岩量测数据有突变或喷混凝土表面开裂、地表出现裂缝时，视为危险警告信号，立即通知施工人员撤离现场，待加固处理后再进行施工，一切以安全生产为重。

参 考 文 献

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].第2版.北京：人民交通出版社，2011.

[2]肖广智.不良、特殊地质条件隧道施工技术及实例（三）

[M].北京：人民交通出版社，2016.

[3]郭建，毛永强.高速铁路隧道Ⅳ级围岩挑顶进洞技术

[J].黑龙江科技信息，2015（20）.

[4]吴新霞.大跨度断层破碎带隧道进洞施工技术[J].铁道建筑，2015（4）.