黄土隧道施工横导洞进入正洞施工方法的选取

时海铭

摘要：黄延高速公路扩能工程计划通车时间比合同工期提前6个月，按照黄延高速通车节点安排，刘家塬隧道左、右线各新增施工横导洞一处，加快刘家塬隧道施工进度，确保黄延高速按时通车。本文根据现场水文地质情况分析，从安全方面考虑，选取合理的横导洞进入正洞施工方案。事实证明横导洞进入正洞施工方法由挑顶施工改为拐弯扩挖施工，既保证了刘家塬隧道施工进度，又确保了隧道施工安全，并为项目部带来了一定的经济效益，为今后类似黄土隧道施工提供参考。

Abstract： The opening schedule of the Huangyan Expressway expansion project is 6 months ahead of the contract period. According to the arrangement of the Huangyan Expressway， a new construction transverse tunnel of the left and right lines of the Liujiayuan Tunnel will be added to speed up the construction of the Liujiayuan Tunnel and ensure that Huangyan Expressway is open to traffic on time. Based on the analysis of on-site hydrogeological conditions， this paper selects a reasonable Liujiayuan for transverse tunnel to enter the positive tunnel from the perspective of safety. It turns out that the construction method of the transverse tunnel into the positive tunnel has been changed from the ripping construction to the turning and expansion， which not only ensures the construction progress of the Liujiayuan tunnel， but also ensures the safety of the tunnel construction， brings certain economic benefits to the project department， and provide reference for the construction of similar loess tunnels in the future.

关键词：横导洞;正洞;挑顶施工;拐弯扩挖

Key words： transverse tunnel;positive hole;ripping construction;turning and excavation

中图分类号：U455.49                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）09-0124-03

1  工程概况

刘家塬隧道起点位于富县四合村北，穿越刘家塬，终点位于富县畔上村南，设计为曲线形双向六车道分离式隧道，其中左线施工里程ZK63+422～ZK65+015，共1593m;右线施工里程YK62+774～YK64+070，共1296m，合计共2889m。左线隧道进口位于半径R-2200的圆曲线上，出口位于半径R-1180.513的圆曲线上;右线隧道进口位于R-2192.155的圆曲线上，出口位于直线上。隧道左右洞间距约为170m;左线最大埋深约115m，右线最大埋深约124m。左线隧道位于为2.8/20、-1.361/1535的人字坡上，右线隧道位于为1.907/50、2.0/1220、-2.535/35的人字坡上。刘家塬隧道属黄土隧道，开挖后拱顶部位易掉块，最大开挖断面为177.1m2。采用复合式衬砌结构，其初期支护采用喷锚、钢筋网及钢架联合支护形式，设计喷砼厚度31cm，钢架为I25a的型钢钢架，钢架间距75cm。其超前支护形式设计采用？准50×4小导管，每根长5.0m，环向间距40cm，每环43根，纵向每3.75m一环。隧道内衬砌轮廓线宽15.53m，高8.02m，设计时速100km/h，建筑限界凈宽14.5m，净高5m。

刘家塬隧道YK63+380处施工横导洞的长度为96m，与正洞交角67度，横导洞进口高程1160.4m，与主洞交接处高程1154.15，纵坡-6.64%，围岩级别为Ⅴ级，导洞建筑限界系数指标为7×5m。

2  地质构造

隧道进出口段洞室顶埋深约0-34m，洞室围岩主要为上更新统冲洪积粉质粘土，粉质粘土呈硬塑状;洞室埋藏较浅，易出现地表下沉，围岩稳定性差，开挖后拱部无支护可产生较大的坍塌，侧壁有时失稳，地下水贫乏，开挖过程中会有滴水现象。其它段洞室顶埋深约0-114m，洞室围岩为中更新统离石黄土，中更新统离石黄土呈硬塑状，结构致密，含少量钙质结核，夹谷土壤呈，呈大块状压密结构。岩土体波速Vp=1.1～1.3km/s，围岩稳定性差，洞室开挖洞顶极易坍塌，处理不当会出现大的坍塌，侧壁经常出现小坍塌。开挖过程中可出现滴水、渗水现象。

3  现场施工情况

黄土隧道正洞与横导洞交叉口处围岩空间三维受力复杂，尤其正洞横向挑顶开挖支护难度相当大，工作面小，质量安全隐患多，开挖支护不当围岩很容易下沉变形，甚至塌方发生安全质量事故。设计单位未对施工横导洞进入正洞施工方法进行补充设计，项目部在编制施工横导洞施工专项方案时，制定了挑顶施工，并对交叉口进行加强支护。其施工顺序如图1交叉口段横导洞进正洞挑顶开挖顺序示意图所示。

施工横导洞施工至设计与正洞交叉处，此时掌子面围岩含水量达到28%，掌子面有大量水渗出，并出现掉块现象，若继续按照原方案挑顶施工，存在安全隐患。

4  施工方法选取

4.1 确定施工方法

由于刘家塬隧道右线施工横导洞与正洞交叉口段地质围岩情况较差，同时交叉口段二次衬砌施做时间相对较晚，又是施工要道，因此交叉口段支护的稳定相当重要。根据现场实际情况，项目部要求施工班组停止开挖，并对横导洞掌子面喷锚封闭，并邀请建设、设计和监理单位进行现场勘察，勘察后在项目部会议室召开专题会议，讨论施工横导洞进入正洞施工方案，会议决定由挑顶施工改为拐弯扩挖法施工，并确定按照图2刘家塬隧道右线施工横导洞拐弯扩挖段示意图进行施工。

会后项目部内部再次召开会议，对刘家塬隧道右线施工横导洞进入正洞拐弯扩挖段进行优化，拐弯段向前延伸至正洞右侧轮廓线，扩挖段由15m变为30m，扩挖段右边墙初支钢架设置在正洞设计初支钢架的位置，扩挖段右边墙初期支护由临时支护转换为正洞右侧永久支护，减少了后期施工拆除量，同时节约施工成本，也可确保施工安全。设计施工平面图如图3 刘家塬隧道右线施工横导洞拐弯扩挖段优化示意图所示。优化后的拐弯扩挖施工方案上报监理、建设和计单位审核，同意按照优化方案施工。

4.2 拐弯扩挖施工方法

4.2.1 拐弯段施工

横导洞施工至与正洞交叉口位置，局部加强横洞与主洞交界处的初期支护， 掘进方向以横导洞设计断面向刘家塬隧道右线大里程方向以圆曲线形式逐步转向进入正洞。横洞转向中心弧长23.92m，转弯半径26.02m，转向角度为66°259”，如图3所示。转向过程中导洞按照施工横导洞V级衬砌钢拱架设计图进行施工，导洞洞身采用I20b钢拱架结合单层？准8钢筋网喷射C20混凝土加强支护，钢架纵向间距60cm，相邻钢架采用Φ22钢筋连接，环向间距1m，并在钢拱架内、外缘交错布置，钢架采用长3.5mΦ22早强砂浆锚杆定位，各单元间由螺栓连接。转向后施工至主洞YK63+405处，此时导洞右侧开挖线与正洞右侧开挖线相重合，如图4所示。

4.2.2 扩挖段施工

拐弯段段落内的初期支护结束后，在YK63+405-YK63+435段进行扩挖段施工，采取加高、加宽的形式向正洞设计轮廓线扩挖，扩挖段以五米为一个循环，共计六个循环，每循环开挖断面以喇叭口形式逐渐增大，最后一个循环结束后扩挖至与正洞断面相同，然后，按照正洞断面继续向前掘进。在扩挖段采用上下台阶预留核心土法组织施工，临时支护采用 I25a型钢支撑，纵向间距0.6m，顶部采用Φ50×4mm超前小导管支护，纵向间距3.6m，环向间距0.5m，每根长5m，小导管纵向搭接长度为1.35m。扩挖段系统支护为混凝土厚31cm，8×200×200mm 双层钢筋网，22mm 砂浆锚杆，环向间距1m，纵向间距0.6m，梅花形布置，每根长5m。施工过程中，采取“短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则进行。扩挖段掌子面掘进的同时，施做临时仰拱，掌子面与仰拱安全步距按照正洞标准执行，不得超标，确保隧道结构安全。

4.2.3 拐弯扩挖段拆除

当施工横导洞正洞工作面与隧道出口工作面贯通后，再调头使用破碎锤拆除正洞内拐弯扩挖段初期支护，并及时跟近施做正洞初期支护。正洞初期支护采用I25a型钢，拱架间距0.75m，喷射混凝土为C20，砼厚度为31cm，系统锚杆为Ф22的砂浆锚杆，间距1.0×0.6m（环×纵）;钢筋网片网格间距为20×20cm，双层布设，超前小导管支护。如图5所示。

4.2.4 横导洞与正洞交叉处施工

①刘家塬隧道取消了车行横洞，利用施工横导洞作为连接左右线的车行横洞，根据导洞与正洞设计相交角度及复合式衬砌参数，设计单位对横导洞与正洞交叉位置初期支护进行加强设计，正洞与横导洞交叉处以及大小里程方向各5m范围内采用I25a型钢支撑，纵向间距0.5m，喷射混凝土为C20，砼厚度为31cm，系统锚杆为Ф22的砂浆锚杆，间距1.0×0.5m（环×纵），确保下步正洞跨越导洞提供支护保障，如图6横导洞与正洞交叉口初期支护设计图所示。

②为解决交叉口段正洞上断面拱架落脚位置及牢固性，在导洞衬期支护加强环钢架拱顶上沿正洞方向设置纵向水平托梁，托梁采用I25a型钢，两端联接I25a型钢立柱支撑至主洞墙底。为防基底承载力不够导致支护下沉，先夯实基底，立柱底部加垫30a槽钢纵梁。型钢托梁顶面按间距0.6m焊接35*20*1.6cm厚钢板，以解决交叉口段主洞设计拱部钢架左侧落脚问题，如图7斜井交叉口托梁、支撑安装正面图所示。

4.2.5 监控量测

开挖支护中必须加大拱顶下沉及围岩位移收敛观测频率，每天不少于6次，根据量测结果及时反馈支护信息，确保支护措施安全合理，一旦发现变形过大或其它异常情况，立即暂停开挖施工，采取应急加固措施，并上报处理。

5  取得成效

刘家塬隧道右线施工横导洞采用拐弯扩挖段法施工进入正洞，相比挑顶施工进入正洞施工时间较快，比原计划提前10天。为确保正洞施工进度，暂时避开了黄土隧道正洞与横导洞交叉口处围岩空间三维受力，提高了安全系数，确保了施工安全。此次施工中所有新增工程数量，设计单位列入修编图纸，建设单位按照0#清单进行计量支付，为项目新增造价200万，收益30万。但是，由于设计单位取消了刘家塬隧道车行横洞，利用施工横导洞作为连接左右线的车行横洞，主洞施工至此处时需重新施做门架，施工时间较长，安全风险较高。

6  结论

结合刘家塬隧道右线施工横导洞的施工特点，对其采取拐弯扩挖转入正洞的专项施工方案，为了有效地确保横洞安全转入正洞施工，提出切实可行的施工技术措施，从实践结果来看，如若刘家塬隧道右线横导洞仅作为施工导洞，后期不利用为车行横洞，施工横导洞进入正洞所采取的施工方案可有效地保证工程施工的安全性，并且满足施工进度要求，同时为项目带来了变更收益，为今后类似黄土隧道施工提供了参考。

參考文献：

[1]王勇.隧道斜井进正洞挑顶方案比选及优化[J].山西科技，2010（5）：108-109.

[2]柳福鑫.干阳沟隧道0号斜井挑顶方案比选及优化[J].山西建筑，2012，38（31）.

[3]初厚勇.大断面黄土隧道斜井进入正洞挑顶施工技术[J].铁道建筑技术，2010（12）：44-49.

[4]姜英明.隧道横洞进正洞挑顶施工[J].科技之友，2012.

[5]郝才平，付克俭，周长全，等.宜巴高速公路界岭隧道横洞进正洞挑顶施工方案比选[J].现代隧道技术，2012（3）：146-153.

[6]付艳丽.隧道斜井进正洞挑顶施工技术[J].铁道建筑，2011 （6）：83-85.

[7]周光军，贺竞.大断面黄土隧道斜井三岔口施工技术[J].铁道建筑技术，2010（3）：87-90.

[8]史振宇.包家山隧道大断面斜井进正洞挑顶技术[J].隧道建设，2010（3）：313-316.

[9]孙德方，杨新安.泾县隧道斜井进正洞施工技术[J].铁道建筑，2012（9）：64-66.