云桂鐵路對門山隧道斜井挑頂進洞技術方案

才泳

摘要：結合Ⅰ級雙線鐵路大斷面隧道的特點，介紹了云桂鐵路對門山隧道掘進由斜井安全進入正洞的施工方法，旨在能夠作為類似隧道項目施工的參考，或對類似隧道的挑頂進洞施工作業起到一些指導作用。

Abstract： Based on the characteristics of GradeⅠdouble-track railway with large section， this paper introduces the construction method of inclined shaft into main tunnel in Yun-Gui railway Duimenshan tunnel， so as to be able to serve as a reference for similar tunnel construction.

關鍵詞：隧道；鐵路雙線；斜井；挑頂進洞；技術創新

Key words： tunnel；railway double track；inclined shaft；top entrance hole；technological innovation

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）02-0137-03

0 引言

隧道施工的輔助坑道—斜井通常是以一定角度與正洞斜交，斜井與正洞相交的大角度一側會出現一個“扇形體”圍巖區，其結構受力復雜，施工時容易發生變形超限或掉塊，甚者引發大范圍的塌落現象。如果采取的施工方案及技術措施不當，極易出現質量及安全問題，造成較大的經濟損失及工期延誤。因此，在斜井挑頂進洞時要綜合考慮具體的地質情況、斜井和正洞的結構特點、斜井與正洞的相互關系，而科學制定挑頂進洞的施工方案，以確保安全、快速的完成斜井進正洞的施工作業。

1 工程簡介

云桂鐵路對門山隧道位于丘北縣辛店鄉、沖頭鄉境內，進口位于辛店鄉牛場坪村，出口位于沖頭鄉窩普寨，本隧道設計為單面下坡。進口里程DK588+056，出口里程DK597+640，全長為9584m，最大埋深約680m，隧道進口與牛場坪雙線大橋相接。為加快施工進度，解決施工通風等問題，結合地形，地質條件，于DK591+580左線線路中線左側設置一座斜井，于隧道出口段D1K594+550～D1K597+645段左線線路中線左側30m設置平行導坑，均采用無軌單車道運行。

斜井長1700m，平面與正洞斜交，斜井與小里程方向交角50°，斜井綜合坡度10%。

對門山隧道斜井進正洞處地質復雜，巖體破碎，節理發育，地下水呈細流，對隧道圍巖有不良影響；故斜井與正洞斜交處地段圍巖受力復雜，施工難度大，易形成塌方、突水等地質災害；且施工斷面較小，各種大型機械難以開展，施工進度較慢，更是提高了斜井進正洞的施工安全風險。

斜井與正洞相交處為Ⅳ級圍巖，設計采用Ⅳ錨型襯砌，開挖方法為三臺階預留核心土法，采用I20b工字鋼鋼拱架，鋼拱架間距按1.0m一榀。

2 施工方案

2.1 施工總體方案

斜井施工至與正洞交界后，以圓曲線形式轉體進入正洞，同時設置上坡開挖至正洞拱頂高程，并繼續往前方掘進一定距離，形成作業空間后，轉向相反方向施工，擴挖、臨時支護達到正洞標準斷面。斜井進正洞時平面關系如圖1所示，斜井進正洞時立面關系如圖2所示，施工順序安排詳見表1。

根據斜井與洞的交角，從斜井左側距正洞邊緣1m處開始實施扇形支撐支護的施工作業，將斜井左側型鋼拱架調整間距為20cm，左側型鋼拱架間距還是保持為100cm。施工期間，密切進行圍巖狀態的監控量測，并根據圍巖的實際狀態及時調整支護參數及施工工藝。

2.2 施工步驟及采取的技術措施

①根據斜井與正洞相交角度，在斜井右側間距1.0m安裝異型鋼架，完成由垂直于斜井中線到平行于正洞中線的過渡（如圖1所示）。同時在此范圍內對斜井圍巖進行加強支護，每榀異型鋼架每側拱腳安裝2根鎖腳錨桿，？準22砂漿錨桿的長度由2.5m加長至4.0m。

②斜井與正洞交叉口段兩側各架立3根I25a異型鋼架立柱，其間距分別按0.6m，以保證相交地段圍巖三維受力狀態的穩定。在異型鋼鋼架立柱上設置2I25a型鋼橫梁，I25a型鋼橫梁與I25a異型鋼鋼架立柱間采用螺栓連接牢固形成門架。設置型鋼門架的目的是為了給正洞鋼架提供一個支撐的平臺，見圖3所示。

此段正洞鋼架安裝時，其鋼架左側支撐點需落在型鋼橫梁上，故正洞不需安裝在斜井側的N2、N3鋼架節段，即I25a異型鋼架立柱取代了N3節段，而N2節段則換成了I25a型鋼直線型斜梁，便于支撐在橫梁上，見圖2所示。正洞的仰拱鋼架則與預埋在斜井仰拱I25a型鋼焊接連接。當正洞上臺階開挖形成標準斷面后，對于因找頂而在鋼架后出現的超挖部位采取回填措施，回填材料為C25噴射混凝土。

③斜井進入正洞內的導洞施工。

1）導洞設計凈寬為9m，其結構設計參數如圖4所示。導洞采用間距為1m的HW125型鋼鋼架；采用長度3.0m的Φ22錨桿，按梅花型布置，間距1.0×1.0m；網格大小為0.2×0.2m的？準6鋼筋網；噴射厚度為18cm的C20砼。嚴格按相關施工規程、指南進行支護結構的施工，確保鋼拱架以及其縱向連接筋、鎖腳錨管的施工質量。

2）根據土質情況及便于機械施工的要求進行導洞爬坡坡度的設計，以能夠確?？焖偻瓿蓪Ф吹氖┕?，減少施工安全風險為原則，本項目爬坡坡設計為21%。

3）完成爬坡導洞的掘進后，進行昆明方向正洞上部弧行導坑掘進，掘進按Ⅳ級圍巖的開挖方法、支護參數進行。掘進長度達10m后，噴射混凝土封閉導坑的撐子面。反向進行南寧端正洞的掘進，每循環先開挖上部，架設完成上部鋼架后，再拆除導洞鋼架。endprint

4）反向開挖及支護。反向掘進按正洞Ⅳ級圍巖上部弧形導坑的高度進行，先進行頂部的掘進，再擴挖兩側，掘進過程中拆除產生干擾的導洞鋼架，依照相關支護要求開展鋼拱架的施工，并完善其它初支結構。開挖分部分序如圖5所示。

5）正洞掘進至標準斷面后盡早澆筑仰拱，以盡早使初支與仰拱成環，確保結構及施工安全。

3 施工控制要點

隧道正洞與斜井相交地段為承受復雜應力的三維狀態，為了確保安全順利地完成斜井挑頂進正洞的施工作業，正洞的鋼拱架需支撐于穩固的平臺上，同時也要加強該段正洞鋼拱架鎖腳錨桿的施做，以避免鋼拱架沉降。

①在輔助坑道斜井進入正洞的交界面布設一道加強環，加強環為3榀間距60cm的I25a鋼架構成，鋼架間沿斜井洞身設置環向？準22mm鋼筋連接，并噴射C20砼覆蓋型鋼。

②門架頂部的橫梁與輔助坑道斜井鋼架拱頂牢固焊接，橫梁與加強環拱架間的空隙加焊I25a斜撐，然后噴射混凝土回填密實。以加強門架的牢固性，提高其承載能力。加強環上半斷面套拱施做完畢后，及時進行下半斷面的施作，并澆注此段仰拱，使支護結構閉合成環。

③增設正洞初期支護鋼拱架的鎖腳錨管，每榀鋼拱架單側鎖腳錨管設置4根以上，錨管長為400cm，注水泥砂漿，鎖腳錨管與鋼拱架間焊接連接，以控制拱架變形及下沉。

④進行隧道正洞擴挖后，按照Ⅳ級圍巖，Ⅳb錨型復合式襯砌進行初期支護的加強，加強段落為40m，即前后各20m。

4 圍巖變形監控量測

為了確保安全，進行隧道圍巖水平收斂及拱頂下沉等監控量測采用了無接觸圍巖的量測新技術，不僅確保了監控量測的速度，也提高了量測精度。

4.1 測點布設

在正洞與斜井交界處前后的正洞及斜進內各設置3個監測斷面，每個斷面各布設一處拱頂下沉觀測點，2條水平凈空收斂量測基線。

4.2 量測方法

按照監控量測方案的頻率要求，采用全自動多測回全圓觀測法進行隧道圍巖位移的觀測，觀測時獲得各測點的坐標值，根據坐標值計算出各觀測點的距離，以第一次量測的距離值為基準，繪制隧道圍巖變形量與時間的S-T曲線圖，獲取得足夠的觀測數據后，進行隧道圍巖變形量進行曲線回歸分析，再由回歸曲線進行位移值的預測，以判別所采取的防護方案及施工措施是否合理，并進行相應調整。

4.3 數所處理及分析

對正洞與斜井交界處所布設的6個監測斷面進行了時長達2個月的監控量測作業，經對獲得的量測數據進行了曲線回歸分析，所有測點變形均已趨于穩定，由回歸曲線進行位移值最終分析得：

①正洞拱頂下沉量預測值最大值分別為：38.61mm、33.51mm、37.64mm。

②正洞圍巖水平收斂預測值最大值分別為：23.59mm、18.64mm、28.19mm、19.57mm、28.18mm、23.77mm。

③斜井拱頂下沉量預測值最大值分別為：29.19mm、21.58mm、19.04mm。

④斜井圍巖水平收斂預測值最大值分別為：18.32mm、12.93mm、18.17mm、18.46mm、26.16mm、24.37mm。

經對監控量測的數值進行分析，按相關規范的要求，均達到了變形穩定性的要求。

5 結束語

①挑頂進洞過程中需加強圍巖監控量測，對量測結果進行分析并及時反饋信息，以確采取了合理有效的支護措施。

②盡早澆筑交界處的斜井襯砌，擋頭板沿正洞縱向安裝。

③斜井與正洞掌子面施工時，為保證圍巖及支護狀態的穩定性，應安排專人進行值班。

④準備好各項應急材料及物資，并制定科學的挑頂施工安全應急預案。

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