1、泾县隧道斜井进正洞施工技术孙德方 1,2 杨新安 2（1. 中交三航局 合福站前五标项目部 安徽 242500；2. 同济大学 城市轨道与铁道工程系，上海 200092）摘要：客运专线双线具有开挖断面较大的特点，软弱围岩段的斜井至正洞衔接更是大断面隧道施工的薄弱环节，处理不当就会造成塌方。在泾县隧道斜井进正洞施工中，制定了以“短进尺、强支护、早封闭、勤量测、早成环、仰拱紧跟”为原则的施工方法，采用了针对软弱围岩条件的斜井进正洞施工工艺和监控量测方案，为类似工程提供参考。 关键词：大断面隧道；斜井；正洞；挑顶1 引言斜竖井作为加快隧道施工进度的设计方案正在被人们所认可，它不但增加了隧道正洞施工的
2、工作面，而且是隧道施工出渣与进料的咽喉，是加快隧道施工的主要通道 1-3。但到目前为止，我国隧道斜竖井的设计与施工还处于借鉴和探索阶段 4。泾县隧道起讫里程 DK187+038DK191+506.27 ，全长 4468.27m，最大埋深 419m，是新建合肥至福州客运专线安徽段的重点施工隧道。隧道为单洞双线，左右开挖断面约为153m2，有效净空面积不小于 100m2。隧道设无轨运输双车道斜井一处，斜井与线路相交于DK191+400 处，与线路大里程方向夹角为 73，斜井长 117m，综合纵坡 2.0%。斜井转正洞处隧道段地层地质条件差，围岩为级，主要为石英砂岩，粉砂岩，强风化，节理裂隙发育，岩
3、芯呈碎屑状，地下水主要为基岩裂隙水，不发育。2 斜井进正洞力学特性分析斜井和正洞均为拱形断面，其相交地段处于复杂的三维受力状态之中 5。该处围岩一方面作为正洞拱腰位置，要承受正洞拱顶传来的压力；另一方面又作为斜井的拱顶，在没有下部土体支撑的条件下，承受上部土体荷载。在大断面隧道中的这种受力情况下，该处围岩受到的压力要比斜井洞身一般地段大得多，而且受力方向不是单一的向下，非常复杂。隧道围岩属于软弱围岩，地质条件较差，相交处围岩易发生变形，若斜井顶部在与正洞相交处不能得到足够强度的支撑，或者施工方案不当，很可能造成变形过大，甚至坍塌。3 施工方案、方法隧道斜井进入正洞的挑顶施工方法比较多，总的来说
4、分为垂直挑、斜向挑两种。而在软弱破碎围岩地区采用何种挑顶方法、如何挑顶，没有模式化的解决办法 6。泾县隧道在斜井接近与正洞相交里程时，首先对交叉口处围岩进行加固，然后逐渐抬高斜井拱顶高程，接长钢架长度。于正洞与斜井相交里程起，采用小导坑进入正洞洞身开挖，在正洞中线处达到正洞拱顶高程，施工中预留变形沉降量和临时支护厚度。然后再逐步扩挖至正洞标准断面，最后分段分层落底。4 施工工艺与技术4.1 斜井开挖至正洞边缘的过渡由于斜井与正洞为非正交平面投影关系，故斜井开挖至临近正洞地段时，钢架的立设采用由正交 90向斜交 73逐步过渡的方案，则开挖掌子面也相应采用过渡方案，见图1。 正 常 斜 井 拱 架
5、5榀 I2a异 形 拱 架 ,偏 离 法 架 立间 距 左 10cm右 43榀 门 架开 挖 2m作 业 空 间图 1 斜井进正洞施工平面关系钢架过渡方案中，拱架采用 I22a 型钢加强偏离法架设，拱架右侧间距取 40cm，左侧取 100cm，共通过 5 榀拱架完成转体，使最后 1 榀拱架与正线平行。由于斜井和正洞均为曲墙断面，考虑到便于加工及受力合理的需要，钢架轴线拟置于平面上，相切于正洞起拱线位置，钢架顶部处于正洞设计开挖轮廓以外约 85cm。4.2 斜井与正洞交叉口加固工艺斜井与正洞交角为 73，大角度相交能保证交叉处岩柱的厚度，有利于交叉口围岩的自稳能力，增加交叉口洞室结构的稳定性 7
6、，斜井进正洞施工里面关系见图 2。考虑到正洞与斜井相交地段处于复杂的三维受力状态，应力集中，为保证正洞安全挑顶施工的完成，正洞初期支护必须座落于一个牢固的落脚平台，同时应加强该段正洞初期支护的锁脚锚管施工，防止拱架下沉。斜井仰拱施作到正洞边缘，确保洞口的稳定，斜井二衬交叉口处 6m不能施作外，其余按设计衬砌完成。 I2a型 钢 拱 架代 替 5180格 栅3榀 门 架I2a型 钢 拱 架此 处 取 消 正 洞 格 栅 拱 架 b复 合 式 衬 砌 断 面图 2 斜井进正洞施工立面关系图对斜井与正洞交叉口处口部最后 5 榀钢架的加强不仅是斜井本身的加强支护手段，而且钢架同时也承受该区域正洞拱部钢
7、架传递的荷载，交叉口部钢架比斜井洞身一般地段钢架的受力要大很多，因此，对口部采用如下加强措施：斜井的最后 5 榀钢架采用 I22a 工字钢加强，替代 22150 格栅钢架。交叉口部钢架采用 I25a 工字钢门架加强，3 榀焊接为一体，避免单榀受力不均。其中门架与斜井连接情况见图 3。A节 点 槽 钢 ， 正 洞 拱 架 落 脚 点有 效 的 连 接 个 横 梁 3根 I25a横 梁正 洞 拱 架 落 脚 平 台根 斜 撑B节 点3根 I25a立 柱C0砼图 3 交叉口处门架与斜井拱架关系4.3 挑顶施工与初期支护交叉口部仰拱及门架施工完成后，采用小导洞挑顶进入正洞开挖。斜井与正洞交叉地段围岩为
8、级，岩体较碎，开挖后围岩易变形、坍塌。因此，挑顶施工要坚持“超前探、短进尺、强支护、勤量测、早成环、仰拱紧跟”的原则，确保施工安全、稳定。挑顶开挖按图 1 与图 4 所示步骤进行，垂直于正洞中线的开挖进尺控制在 2m 左右。每步开挖前垂直于正洞中线方向先施工超前小导管，小导管长 3 米，间距 0.4m。同时临时支护紧跟，顺线路方向的开挖宽度控制在 2m 以内，以便于安装 3 榀钢架为宜，每榀拱架用 4m 长（2m+2m）的自进式锚杆管按照 1.5m 间距进行锚固拱架。3 榀钢架架立完成后用 I18 小门架支撑，门架横梁长 2m，立柱高 2.53m 左右，因地势而定，见图 4。立柱底脚铺 32a
9、 槽钢，槽钢长 0.6m，垂直地面打设 1m 长 22 锁脚锚杆固定槽钢。 I18型 钢临 时 门 架 大 样 图 宽 2m导 洞 挑 顶 开 挖 方 向Ia型 钢 拱 架代 替 5180格 栅3榀 门 架I2a型 钢 拱 架此 处 取 消 正 洞 格 栅 拱 架 b复 合 式 衬 砌 断 面临 时 I18门 架 2.5m锚 杆网 喷 0c砼图 4 挑顶施工工艺与钢门架详图钢架间喷射混凝土前先对掌子面进行喷混凝土封闭支护，视围岩情况酌情打设锚杆；沿正洞线路方向两侧打设超前小导管，导管长 2.5m，环向间距 0.4m。小导洞第开挖完成到达正洞的另一边后，其锁脚锚管采用 4 根 50 壁厚 3.5
10、mm，长 5m 加强锁脚，此部位采用 I16 型钢进行纵向连接。4.4 扩挖、落底施工工艺扩挖以b 复合式衬砌的支护参数，按照图 1 所示 的施工顺序进行两11边扩挖达到标准断面，每次扩挖宽度不大于 3m，及时进行初期支护施工。按照图 1 的扩挖顺序及图 5 的落底顺序进行落底施工，分段分层的下落开挖，每段宽度不大于 3m，每层高度不大于 2m，不断的接长拱架，锁脚安装 4 根 50 壁厚 3.5mm，长 5m 加强锁脚。到正洞斜交边缘时恢复六步 CD 法施工。I2a型 钢 拱 架代 替 5180格 栅3榀 门 架I2a型 钢 拱 架此 处 取 消 正 洞 格 栅 拱 架 b复 合 式 衬 砌
11、 断 面图 5 斜井进正洞落底施工5 监控量测斜井与正洞形成的喇叭口，开挖断面大，作为施工通道放置时间长；围岩在应力重分布和应力释放的过程中，会引起支护结构产生位移、变形，直至支护结构破坏 8，危及隧道安全。因此，施工中进行严密的监控量测尤为主要。5.1 量测项目及频率软弱围岩下斜井进正洞施工风险较大，应加强量测频率 9，以保证施工安全。量测项目及频率见表 1。表 1 监控量测项目及频率量测项目 测试仪器 测试精度/(mm) 测试频率/(次/d)收敛变形 收敛计、全站仪 0.1 3拱顶下沉 水准仪、钢尺 1 35.2 量测断面布置斜井与正洞交叉口按斜井位置前后各 50m 围岩进行量测布置，每
12、5m 设置拱顶下沉和围岩收敛监控量测测点。每个量测断面各布置 1 个拱顶下沉测点和 2 条水平净空收敛量测基线，测点布置见图 6。收敛量测起拱线图 6 围岩测点布置量测结果每天现场进行总结，及时做好信息反馈，以根据量测结果及时调整施工方法和支护参数。6 结束语泾县隧道斜井进正洞目前已经施工完毕。从监控量测结果看，支护变形以收敛为主，最大变形日收敛值 28mm，累计最大收敛值 135mm，喇叭口支护结构安全可靠，保证里正洞施工的顺利进行。大断面隧道在软弱围岩段的斜井进正洞施工，要面对围岩自稳能力差、易坍塌的危险以及承载力低、蠕变时间长、造成地面沉降明显等种种不利条件。泾县隧道斜井进正洞施工中严格
13、遵循“短进尺、强支护、早封闭、勤量测、早成环、仰拱紧跟”的原则，合理设计施工步骤、选择支护参数，取得了良好的施工效果。参考文献1 周云辉. 隧道群联络斜井方案确定与施工设计D. 长沙: 长沙理工大学 , 2010.2 李本. 大断面黄土隧道斜井进入正洞的挑顶施工技术J. 铁道建筑技术, 2008(3): 3437.3 孙福军, 周晓然. 石太客运专线南梁隧道 3# 辅助斜井挑顶施工方法J. 科技情报开发与经济, 2006,16(8):24.4 王飞. 特长公路隧道斜竖井设计施工的关键技术J. 交通标准化, 2008 年(12):6163.5 张智军. 双线黄土隧道斜井进正洞挑顶施工技术研究J.
14、 山西建筑, 2007,33(12):313314.6 付艳丽. 隧道斜井进正洞挑顶施工技术J. 铁道建筑, 2011,(6):8385.拱顶下沉量测7 付国宏. 7 号斜井进正洞挑顶施工技术J. 铁道标准设计, 2005,(9):7779.8 张国辉. 大断面黄土隧道斜井进正洞施工工艺J. 铁道标准设计, 2007,( 增):99101.9 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, 2010,30(3):313316.作者简介孙德方：高级工程师，中交三航局合福铁路安徽段站前五标项目部总工程师-稿件联系-电话：18917152277-，Email:-通信地址：安徽省泾县城西工业园区中交三航局合福铁路安徽段站前五标项目部（邮编 242500）-
