软弱围岩地段支洞进主洞施工技术

1 工程概况

某隧道1号支洞与主洞交叉口位于主洞中心里程K1+759.971处，支洞中心里程为XJK0+175.421，正洞与主洞为90°正交。该地段洞身地质下部主要为强风化花岗岩、辉绿岩及安山岩等，已砂化，上部为第四系块、碎石土，局部有地下水渗出，整体性及自稳性差。

交叉口主洞开挖断面宽×高为12.04m×13.14m，支洞开挖断面宽×高为7.46m×12.408m，主洞纵坡-4.56%，支洞纵坡-15%。相交点底板顶面高程为649.572m。支洞挑顶长度为28.543m，挑顶坡度与支洞纵坡夹角为15。（见图1）。

2 施工方案

交叉口采用横向棚架法进行施工。自支洞挑顶起点里程按照挑顶坡度向正洞方向进行开挖。开挖至正洞拱顶最高点后，再按照正洞拱顶至边墙开挖弧度逐步缩小开挖断面。向前开挖至正洞边墙部位，从而形成横向棚架空间，然后向一侧开挖主洞。单侧开挖10m后，再返向开挖另一侧主洞，从而完成交叉口地段的开挖工作［1］。

2.1 施工方法

由于围岩软弱，自稳性差，且有地下水渗出，每循环开挖前均先对掌子面及周壁进行预注浆，固结围岩，增加围岩整体受力能力。开挖前先施作超前小导管并注水泥浆，每循环开挖完毕后及时喷射砼封闭掌子面及周边围岩［2］。

支洞自挑顶起点按照挑顶坡度向正洞方向进行开挖，开挖前先施作超前小导管和超前预注浆，前期采用正台阶（开挖高度≤9m）法开挖，后期采用三台阶法开挖（开挖高度＞9m），循环进尺1～1.5m，开挖后及时支立拱架、打锚杆、网喷混凝土。开挖支护至支洞与主洞相交处时，在支洞侧加立3榀工字钢门形架，做为以后该部位主洞开挖后拱架一侧的支点。

继续开挖支护至正洞拱顶最高点，然后继续向前开挖支护至正洞外侧边墙部位。自最高点至正洞外侧边墙部位在进行开挖时，为节约后期混凝土回填数量及施工便利，其开挖断面拱部弧度仍采用支洞开挖断面拱部弧度，仅按主洞支护弧度计算降低两侧立柱高度。

进入正洞的支洞在开挖支护时，拱顶高程除开挖出正常预留变形量外，还要保证其拱部预留出一次性至少可支立3榀以上主洞拱架的高度，该高度可按主洞拱架间距结合支洞拱架顶部弧度进行计算。

图1 主支洞交叉口平面示意图

按支洞中心线方向支立至少2～3榀主洞拱架，拱架底脚在支洞侧与门架焊接牢固，另一侧按主洞设计位置支立，并完成锚喷挂网等支护工作。

沿主洞方向向一侧开挖并完成主洞拱架及各项锚喷支护工作，开挖支护10m后再返向以同样方法进行开挖，直至完成交叉口部位主洞开挖支护工作，主洞开挖采用三台阶法开挖。以上工作完成后进行主洞和支洞的落底工作［3］。

2.2 施工步骤

（1）施工斜井接近与正洞相交里程段时，即挑顶里程段，施工超前小导管和超前预注浆，加固周边围岩，增强周边围岩整体性及受力能力。

（2）采用正台阶法（开挖高度≤9m）或三台阶法（开挖高度＞9m）开挖支护支洞，循环进尺控制在1～1.5m以内。开挖时调整斜井拱顶高程，接长边墙拱架，拱顶抬高坡度一般控制在30%以内。

（3）施工支洞至正洞开挖轮廓线后，在交叉口处施作加强环，加强环为三榀I25型工字钢门架，门架间连接牢固。

（4）在施工斜井和正洞相交处时，采用棚洞法进入正洞，棚架斜向上爬坡至正洞拱顶后，底脚以平坡，拱顶参照正洞拱架向下弧度开挖至正洞外侧上台阶拱脚位置。

（5）在棚洞内施作正洞上台阶初期支护，第一次施作，需一次性支立正洞至少2～3榀钢拱架并网喷混凝土。

（6）沿隧道正洞方向，分次拆除（一次拆除控制在主洞1榀拱架间距长度）已立好正洞拱架一侧的临时支护，并按正洞开挖弧度轮廓线开挖已拆除临时支护部分正洞，完成该部分正洞拱架、锚杆、网喷支护工作。沿此方向开挖10m后，喷射混凝土封闭掌子面，暂停该方向正洞开挖。

（7）然后按步骤（6）反向开挖支护主洞另一侧，开挖完毕后喷射混凝土封闭掌子面，暂停该方向正洞开挖。

（8）待施工空间满足后，施作斜井挑顶段和正洞段落底工作，落底时要分侧分段进行。

3 主要支护参数

（1）超前小导管：Φ42×3.5mm热轧无缝钢管，长度L=4.5m；环向间距40cm；

（2）超前预注浆：孔径Φ110mm，孔深27m，孔底间距3～4m，注浆压力为静水压力加1～2MPa，注浆范围为开挖轮廓线以外3m；

（3）主洞系统锚杆：拱部Φ25组合中空锚杆，边墙Φ22砂浆锚杆，长度L=3.5m；

（4）支洞系统锚杆：Φ22砂浆锚杆，长度L=3.5m；

（5）喷射混凝土：C25级混凝土，厚度主洞27cm，支洞23cm；

（6）钢筋网片：Φ6钢筋网，网格间距20*20cm；

（7）支洞钢拱架：I16型工字钢，纵向间距1m；

（8）主洞钢拱架：I20a型工字钢，纵向间距0.6m；

（9）门架钢拱架：I25型工字钢。

4 施工量测

要加强交叉口处的监控量测工作，当量测项目数据发生突变或累计变形量数值大于正常累积变形量数值时，要即时调整支护参数或对已有支护进行加固，确保开挖及支护安全。监测断面可按3～5m间距进行设置。

主要量测项目分为必测项目和选测项目两大类。其中必测项目主要包括：地质及支护状态观察、周边位移、拱顶下沉、地表沉降等项目。选测项目主要包括：钢架内力及外力、围岩体内位移、围岩压力、锚杆轴力、支护及衬砌内应力、地表下沉、爆破振动、渗水压力及水流量等。

过程中要加密对上述项目的监测，便于即时发现问题即时处理，确保过程中的施工安全。

5 施工主要注意事项

（1）1号支洞交叉口的加强环必须深入正洞初期支护断面，保证为正洞的支护提供有力的支撑。

（2）在1号支洞向正洞和整个施工过程中，加强监控量测工作，并及时根据量测数据进行调整支护参数和施工工序。

（3）施工过程中应加强喷射混凝土质量的控制，避免钢架背后形成空洞。当出现空洞时，应采取注浆进行填充，避免形成病害。

（4）钢架应在开挖或初喷混凝土后及时架设，安装前应清除底脚下的虚碴或杂物，钢架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土填充密实，沿钢架外缘每隔2m用混凝土块楔紧。

（5）隧道开挖步距应严格控制，做到开挖后即时支护、快速封闭。

（6）本地段施工严格遵循“管超前、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、勤量测”的原则。

（7）加强施工超前地质预报和监控量测工作，将超前地质预报和监控量测工作纳入到施工工序管理过程中，并贯穿隧道施工全过程。

6 结束语

采用横向棚架法进行隧道软弱围岩交叉口段施工，具有挑顶距离短、爆破频率低、对围岩扰动少、工序简单、施工快捷、经济合理等特点，且保证下一循环的开挖均在已完成前期支护的情况下进行，安全系数高，具有较好的借鉴意义。