柳福鑫

(中交一航局第二工程有限公司，山東青島 266071)

0 引言

山西中南部大能力鐵路對(duì)外通道是西起瓦塘東至日照南站的新建貨運(yùn)專線，是一條“西煤東運(yùn)”的能源運(yùn)輸動(dòng)脈，也是我國(guó)東西向路網(wǎng)干線鐵路之一，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的能源安全保障作用。干陽(yáng)溝隧道位于臨汾市浮山縣境內(nèi)，全長(zhǎng)8 460 m，為單洞雙線隧道，處于丘陵區(qū)，地面標(biāo)高720 m～920 m，相對(duì)高差約200 m，依次通過(guò)第四系松散堆積層、上三系粉質(zhì)黏土、第三系延長(zhǎng)組砂巖夾泥巖、中統(tǒng)銅川組砂巖夾泥巖等地層，隧道正常涌水量46 m3/d～329 m3/d，圍巖穩(wěn)定性極差，成洞困難。今年2月5日劃歸晉中南鐵路項(xiàng)目部時(shí)，全隧道僅完成17%的工程量，成為全線制約鋪架的控制性工程，剩余施工任務(wù)量巨大、施工工期極度緊張，已經(jīng)引起業(yè)主的高度重視，為順利完成0號(hào)斜井施工任務(wù)，確保鋪架工期，選定安全可控的挑頂施工方案具有舉足輕重的意義。

1 工程概況

干陽(yáng)溝隧道0號(hào)斜井位于線路前進(jìn)方向右側(cè)，與線路相交于DK363+125里程處，XODK0+000～XODK0+190段與平面交角為40°，斜井綜合坡度為10.66%，斜井斜長(zhǎng)191.16 m，與隧道采用斜交單聯(lián)式，無(wú)軌運(yùn)輸單車道襯砌斷面，XODK0+190～XODK0+ 275段為拉槽段，斜井全長(zhǎng)范圍內(nèi)均為Ⅴ級(jí)圍巖，承擔(dān)正洞1 133 m施工任務(wù)。

0號(hào)斜井與正洞交接段為上第三系上新統(tǒng)粉質(zhì)黏土，棕紅色，土質(zhì)均勻、結(jié)構(gòu)緊密，含砂量較高，堅(jiān)硬，斜井上臺(tái)階潮濕，下臺(tái)階有地下水滲出，局部垂直節(jié)理發(fā)育明顯，掌子面穩(wěn)定性較差，排水量達(dá)160 m3/d。

2 斜井挑頂正洞施工方案

結(jié)合黃土隧道施工特點(diǎn)和干陽(yáng)溝隧道0號(hào)斜井圍巖地質(zhì)情況，共制定了3套斜井挑頂正洞施工方案。

2.1 換拱法施工方案

斜井施工至正洞右線邊緣后，按斜井?dāng)嗝嬉郧€轉(zhuǎn)體進(jìn)入正洞，待斜井中心線與正洞中心線重合后(轉(zhuǎn)角90°)，上坡開(kāi)挖斜井?dāng)嗝嬷敝列本敇?biāo)高與正洞頂標(biāo)高一致，并繼續(xù)按正洞斷面尺寸施作5 m～10 m上臺(tái)階初期支護(hù)，形成作業(yè)空間后反向按正洞尺寸擴(kuò)挖臨時(shí)支護(hù)，直至挑頂段施工完成。斜井進(jìn)入正洞平面關(guān)系見(jiàn)圖1。

2.1.1 施工步驟

1)施作曲線段異型鋼架支護(hù)，完成斜井中線與正洞中線重合的過(guò)渡施工，此過(guò)程中斜井導(dǎo)洞斷面標(biāo)高保持不變;2)以20%的上坡坡度進(jìn)行斜井?dāng)嗝嫣繇斒┕?，直至斜井頂?biāo)高與正洞頂標(biāo)高一致，按照正洞斷面尺寸繼續(xù)施作5 m～10 m上臺(tái)階初期支護(hù)，為反向施工提供作業(yè)空間，反向施工前需封閉大里程掌子面;3)反向拆除斜井導(dǎo)洞初支支護(hù)，每次僅拆除1榀，按照設(shè)計(jì)斷面施作正洞初期支護(hù)，斷面擴(kuò)挖施工時(shí)先進(jìn)行右線加寬施工，再進(jìn)行左線加寬施工，施工中需支立豎向臨時(shí)支撐;4)反向擴(kuò)挖施工至DK363+105里程時(shí)，噴射混凝土封閉掌子面，停止小里程上臺(tái)階施工，進(jìn)行中下臺(tái)階施工，盡早使交叉口段初期支護(hù)封閉成環(huán)。

圖1 斜井與正洞平面位置示意圖

2.1.2 施工控制要點(diǎn)

1)斜井曲線轉(zhuǎn)體進(jìn)入正洞段，轉(zhuǎn)體角度為90°，需提前計(jì)算、加工好各榀異型鋼架;

2)斜井導(dǎo)洞爬坡角度根據(jù)轉(zhuǎn)體段圍巖情況及時(shí)調(diào)整，如圍巖情況較好，為盡快到達(dá)正洞頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，在滿足施工安全和機(jī)械作業(yè)的前提下，可適當(dāng)提高爬坡角度，如圍巖情況較差，則需適當(dāng)降低爬坡高度;

3)反向拆除斜井導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)，施工正洞斷面支護(hù)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格施工工序，先右線后左線，先拱頂后邊墻，嚴(yán)禁掏底開(kāi)挖;

4)各初期支護(hù)參數(shù)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施作，特別是鋼拱架嚴(yán)禁懸空，造成安全隱患;

5)應(yīng)加強(qiáng)、加密挑頂段圍巖監(jiān)控量測(cè)頻率，及時(shí)反饋量測(cè)信息，以便指導(dǎo)、調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保施工安全。

2.2 導(dǎo)洞法施工方案

在斜井與正洞交接處采用4 m×3 m(寬×高)小導(dǎo)洞向上挑頂施工。導(dǎo)洞頂標(biāo)高比設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線高27 cm，并預(yù)留15 cm沉降變形量，開(kāi)挖過(guò)程中導(dǎo)洞高度固定不變，底標(biāo)高根據(jù)正洞輪廓標(biāo)高變化而變化，直至隧道橫斷面導(dǎo)洞施工完成。

2.2.1 施工步驟

1)進(jìn)行斜井與正洞交接處加強(qiáng)環(huán)及龍門架施作，為保障施工安全，采用并排支立兩榀龍門架的施工方案，單榀龍門架及加強(qiáng)環(huán)加工見(jiàn)圖2;

2)斜井靠近正洞15 m長(zhǎng)范圍內(nèi)填碴順坡，即提供施工便道也起到反壓支護(hù)作用;

3)進(jìn)行小導(dǎo)洞挑頂施工，將正洞上斷面拱形結(jié)構(gòu)初期支護(hù)分為21個(gè)相互連接的節(jié)段，各節(jié)段水平投影長(zhǎng)度0.6 m，施工時(shí)每次開(kāi)挖一個(gè)節(jié)段，在節(jié)段前端安設(shè)臨時(shí)導(dǎo)洞工字鋼支撐門架，待第21個(gè)節(jié)段開(kāi)挖完成后，整個(gè)臨時(shí)導(dǎo)洞便已施工完成;

4)支立正洞Ⅰ20a型鋼骨架，型鋼骨架左側(cè)支立在原狀圍巖上，右側(cè)支立在斜井與正洞相交處的門架上，待正洞型鋼骨架及噴射混凝土完成后;拆除臨時(shí)支撐門架的立腿，進(jìn)行正洞上臺(tái)階開(kāi)挖施工，完成斜井到正洞的施工體系轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)由拱形支撐承受全部荷載。

圖2 龍門架及加強(qiáng)環(huán)加工示意圖

2.2.2 施工控制要點(diǎn)

1)斜井與正洞交接處處于三維受力狀態(tài)，正洞右側(cè)初期支護(hù)坐落在龍門架上，龍門架必須焊接牢靠且坐落在原狀圍巖上，支立及接長(zhǎng)龍門架施工時(shí)需提前預(yù)制混凝土墊塊，防止開(kāi)挖尺寸與龍門架尺寸不一致造成門架立腿懸空;

2)挑頂正洞施工前應(yīng)完成斜井加強(qiáng)段初支成環(huán)和二次襯砌施工，為挑頂施工提供穩(wěn)固的受力支撐;

3)做好挑頂正洞量測(cè)工作，挑頂小導(dǎo)洞頂標(biāo)高必須高于設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面頂標(biāo)高27 cm，并預(yù)留沉降變形量，嚴(yán)禁欠挖;

4)挑頂門架立腿采取現(xiàn)場(chǎng)加工焊接作業(yè)，隧道圍巖節(jié)理發(fā)育，底部邊緣處圍巖存在坍塌可能，現(xiàn)場(chǎng)加工符合實(shí)際長(zhǎng)度的立腿有利于開(kāi)挖面及早封閉，相鄰門架間應(yīng)采用連接筋焊接成整體受力;

5)正洞初期支護(hù)應(yīng)采取加強(qiáng)措施，拱腳兩側(cè)采用雙排鎖腳錨管固定鋼架，緊貼鋼架打設(shè)間距1.0 m×0.6 m(環(huán)向×縱向)的砂漿錨桿，減小拱部對(duì)門架的壓力。

2.3 類CRD法施工方案

在交叉口處直接進(jìn)行正洞挑頂開(kāi)挖，開(kāi)挖高度為設(shè)計(jì)高度加預(yù)留沉降量，開(kāi)挖寬度為設(shè)計(jì)鋼架間距寬度，為滿足人員作業(yè)空間需求，開(kāi)口處可依據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加寬，施工順序見(jiàn)圖3。

圖3 類CRD法施工正洞開(kāi)挖示意圖

2.3.1 施工步驟

1)進(jìn)行交叉口處斜井挑頂正洞龍門架施工及順坡碎石回填; 2)采用人工風(fēng)鎬法按照類CRD法開(kāi)挖正洞，按順序先開(kāi)挖①部，①部正洞鋼架采用異型鋼架，右側(cè)鋼架直接搭接在斜井龍門架上，臨時(shí)支護(hù)坐落在原狀圍巖上，進(jìn)行混凝土噴射施工，臨時(shí)支護(hù)處只需噴射約10 cm厚混凝土進(jìn)行掌子面封閉，為降低②部開(kāi)挖及出碴難度，可先進(jìn)行3榀～5榀①部開(kāi)挖施工;3)拆除①部臨時(shí)支護(hù)混凝土，進(jìn)行②部開(kāi)挖并施作臨時(shí)支護(hù)，依次進(jìn)行③部開(kāi)挖支護(hù);4)向小里程方向進(jìn)行上臺(tái)階開(kāi)挖作業(yè)，開(kāi)挖進(jìn)尺宜超過(guò)門架邊緣里程10 m，到達(dá)預(yù)定里程位置后封閉掌子面反向向大里程方向開(kāi)挖上臺(tái)階至預(yù)定里程;5)上臺(tái)階施工完成后，及時(shí)進(jìn)行④⑤⑥部中臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù);6)循環(huán)施工，逐步完成斜井到正洞施工的空間和工序轉(zhuǎn)換。

2.3.2 施工控制要點(diǎn)

1)單循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺深度達(dá)4.2 m，需設(shè)置專職安全人員全程旁站挑頂開(kāi)挖過(guò)程，如圍巖情況較差，應(yīng)及時(shí)采取應(yīng)急措施封閉掌子面，降低開(kāi)挖深度，增加臨時(shí)支護(hù)頻率;

2)開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)就近設(shè)置應(yīng)急物資，特別是應(yīng)急工字鋼、切割作業(yè)設(shè)備及發(fā)電設(shè)備;

3)開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)及時(shí)通風(fēng)，確保正洞開(kāi)挖狹小空間內(nèi)空氣質(zhì)量;

4)為降低正洞初支鋼架對(duì)門架的壓力，靠門架側(cè)拱腳處需打設(shè)4根鎖腳錨管，鋼架需每間隔1 m打設(shè)定位系筋和砂漿錨桿;

5)拆除臨時(shí)工字鋼支護(hù)后需增加豎向木支撐，然后再進(jìn)行下部作業(yè)。

3 施工方案比選

通過(guò)施工安全風(fēng)險(xiǎn)、施工難易度、作業(yè)周期和施工成本等多方面的比較(見(jiàn)表1)，發(fā)現(xiàn)換拱法施工方案安全系數(shù)最高但拆除工作量極大，在干陽(yáng)溝隧道施工工期如此緊張的前提下，可取性不強(qiáng)。類CRD法施工方案安全系數(shù)較小，支立和拆除作業(yè)交叉進(jìn)行，三岔口段施工時(shí)間較長(zhǎng)，不可預(yù)見(jiàn)性風(fēng)險(xiǎn)較大，最終選定小導(dǎo)洞法施工方案作為干陽(yáng)溝隧道0號(hào)斜井的挑頂施工方案。

表1 施工方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

按照小導(dǎo)洞法進(jìn)行的干陽(yáng)溝隧道0號(hào)斜井挑頂正洞施工效果良好，僅用時(shí)8 d就實(shí)現(xiàn)了斜井施工向正洞施工的空間和工序轉(zhuǎn)換，用時(shí)12 d實(shí)現(xiàn)人工作業(yè)向機(jī)械作業(yè)的轉(zhuǎn)換，共計(jì)用時(shí)28 d完成交叉段30 m上中臺(tái)階初期支護(hù)施工，達(dá)到了預(yù)期的效果，得到了業(yè)主的認(rèn)可，為黃土隧道挑頂施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)，具有一定的借鑒意義。

［1］ 康 軍.黃土公路隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.

［2］ 賀廷西，蘇萬(wàn)軍.石太鐵路客運(yùn)專線大斷面黃土隧道施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007(4)：21-24.

［3］ 周建富.軟弱圍巖隧道施工技術(shù)［D］.成都：西南交通大學(xué)，2005.

［4］ 史海勇.交口隧道3號(hào)橫洞挑頂方案和施工方法［J］.山西建筑，2009，35(8)：323-324.