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摘要:
以南三龙铁路乾山隧道1号斜井施工为例，依据该工程场区的地质条件，提出了斜井进正洞挑顶施工中的支护加固措施，并对其施工工艺流程进行了阐述，总结了隧道施工过程中的注意事项，以期在保证施工质量与安全的前提下，加快施工进度。
关键词:
隧道，斜井，正洞，挑顶施工，支护方案
0引言
隧道工程是铁路及公路施工中的重难点工程，特别是长大隧道，对于长大隧道而言，最重要的就是在保证安全及施工标准的前提下，如何加快进度，不要让其成为制约工期的要素。而斜井的设计，可以通过增加工作面的方法，以较小的金钱成本换取较大的时间收益，提高隧道的施工进度，并且部分隧道在正线通车之后，斜井仍然可以作为紧急出口，有应急储备的作用。提到斜井的施工，最重要的就是当斜井施工到与隧道交界里程时，由于断面的加大，斜井与正洞交界处的三维应力状态，支护参数的变化，都会产生一定的施工风险，这就需要我们加强在斜井入正洞(简称挑顶)过程的支护及围岩的监测。此外，挑顶施工技术方案得当，能有效的缩短挑顶施工时间，为下一步正洞的施工工作面创造有利条件。本文以南三龙铁路乾山隧道1号斜井为例，简要说明挑顶的施工工艺及工序。
1工程概况及地质条件
乾山隧道1号斜井全长703m，与乾山隧道正洞DK22+900左侧交汇，与线路小里程方向平面夹角40°，在斜井里程X1DK0+075开始平面曲线变化，至正洞时与线路连接处90°正交，为垂直进洞。斜井综合坡度为5．5%的下坡，进入正洞坡度为0%;进入正洞设计Ⅲ级围岩，采用Ⅳb复合式衬砌加强。围岩类型为云母石英片岩，完整性较好，无明显地下水渗出。斜井为双车道辅助坑道，净空尺寸为7．5m(宽)×6．2m(高)，于交叉口处设单侧排水沟。斜井与正洞相交段将按照Ⅳ级围岩支护进行加强支护，长度设计为35m，支护采用格栅钢架、锚喷支护。结合设计图纸资料以及洞口附近地形地貌及当地水位地质条件，井口边仰坡边缘线5m以外设置截水沟，井口处向洞外设置3．0%的反坡，防止洞外水倒灌。斜井与正洞相交处为Ⅲ级围岩，该斜井施工正洞南平方向1400m，施工里程DK21+500+169～DK22+900;龙岩方向2640m，施工里程DK22+900～DK25+540，共4040m。
2施工方案及支护加强设计
1)渐变段施工及支护方案。
斜井开挖到X1DK0+015里程，开始进入斜井转正洞前期过渡，过渡段设置15m。由于斜井设计为永久保留的救援通道，所以路面标高与正洞电缆槽顶面标高相同，到仰拱填充面(预留25．5cm)高差达到1．07m，施工车辆无法正常行驶，故从X1DK0+015开始，由原设计坡度0%，向下开挖坡度为9．28%的临时施工开挖线，由斜井路面标高135．138m逐渐降低到DK22+900里程填充面(预留25．5cm)处高程134．068m，降低1．07m，降低段坡度为－9．28%。斜井拱顶高程仍按照原坡度0%，与正洞开挖轮廓线交汇，交汇点拱顶高程为141．918m，此处斜井开挖断面高7．73m，宽9．29m;当开挖到斜井与正洞左侧边墙相交汇处时，精确安装采用两排Ⅰ18型钢制作的加强门架，同时环向每70cm施作一根?22mm、单根长3．5m的中空锚杆，结合长度为每侧4根L=3．5m的?50锁脚锚管，以锁定门架;喷射C25混凝土将门架两侧与岩体空隙回填密实。
2)斜井转正洞施工及支护方案。
斜井转正洞段设计为Ⅲ级围岩，采用Ⅳ级加强支护。开挖断面高9．66m，宽13．5m。采用三台阶法开挖，分为上中下三个台阶。上台阶开挖支护采用开槽法，由斜井门架顶端交界处高程向上以1∶3．5的坡度沿正洞垂直方向爬坡进洞，在正洞中线处达到设计标高，并充分考虑15cm的沉降预留量，然后采用正洞交叉口设计支护方式Ⅰ18异型拱架进行中线左侧上导坑支护，靠近门架一侧的拱架接头焊接在门架上，靠近正洞一侧钢架接头采用4根长3．5m的?50锁脚锚管固定，同步做好?22系统中空锚杆，做好正洞拱架固定，开挖断面参考《南龙隧参01(W)-13》。继续向垂直正洞方向完成右侧上导坑支护工作，并设置Ⅰ18竖向钢支撑加强支护。由于不能及时施作正洞初期支护，开挖时采用短进尺，弱爆破，强支护，勤量测等方法，开挖进尺控制在2m左右，开挖后及时喷射C25混凝土，厚度不小于10cm，以封闭掌子面。必要时施作Ⅰ18型钢棚架。棚架间距70cm～100cm。临时锚杆采用?22mm砂浆锚杆，长2．5m，间距1m。当开挖至正洞右侧轮廓线时，转向正洞龙岩方向开挖，拆除临时竖向钢支撑，同时渐次扩挖DK22+900～DK22+905段，及时安装该段Ⅰ18异型拱架，钢架间距0．8m。为确保施工安全，该段采用Ⅰ18型钢拱架，喷混凝土厚度25cm，L=3．5m的?22系统中空锚杆，20×20的?6钢筋网片，L=3．5m的?42锁脚钢管。正洞采用三台阶法施工。当DK22+900～DK22+905段上台阶支护完毕之后，扩挖龙岩方向上台阶，形成工作面;同时向南平方向开挖，打开工作面。在两端上台阶各开挖支护20m之后，进行正洞下台阶开挖。首先开挖DK22+900～DK22+905段，渐次具备全力掘进的施工条件。由于不能及时施作仰拱，为防止因应力改变带来岩面变形失稳，增加Ⅰ18型钢横向支撑，喷射C25混凝土35cm作为临时仰拱，以封闭成环，整体受力。
3)施工简易流程及顺序
4)斜井正洞交界断面
5)斜井进入正洞处的支护加固施工。
型钢门架施工。当斜井开挖到门架位置X1DK0+04．8时，挑挖斜井与正洞相交面处拱部，开挖出工作空间后，与正洞交叉口处架立由2根Ⅰ18并连的型钢门架，相应在此型钢钢架上焊接Ⅰ18型钢横梁，并在上部横梁间焊接Ⅰ18型钢立柱，横梁为正洞钢架提供落脚平台;门架与正洞Ⅰ18异型钢架牢固焊接。在反挑开挖后，正洞段用Ⅰ18型钢斜梁代替正洞的A单元钢架，并与门架第二横梁牢固焊接，用喷射C25混凝土喷射密实，保证相交地段三维受力状态围岩的稳定。反挖时按正洞Ⅳ级围岩支护，将临时横向钢架连接在斜井门槛的Ⅰ18型钢上，喷射C25混凝土作为临时仰拱。
6)施工工序。
a．斜井掘进接近正洞相交里程时，逐渐降低斜井开挖路面高程，接长钢架拱脚。路面降低坡度9．28%。b．斜井掘进至正洞开挖轮廓线后，在交叉口处施作加强环，及时封闭掌子面。c．在斜井与正洞相交处，采用棚洞加固。进入正洞后，先开挖到上台阶，台阶高度3．5m。d．在正洞上台阶初期支护施工完成以后，进行中下台阶开挖。e．沿隧道正洞进口方向，按正洞Ⅳ级围岩开挖方法和支护参数顺序施工上部、中部、下部台阶。f．沿隧道正洞出口方向，按正洞Ⅳ级围岩开挖方法和支护参数顺序施工上部、中部、下部台阶。
7)注意事项。
本方案施工前提是斜井进入正洞围岩地质为Ⅲ级围岩，如有特殊的软土围岩，需根据情况制定专项方案。斜井门架不仅起了斜井部分的支护作用，更是在斜井与正洞交界处三维应力状态下，传导了正洞钢架的荷载，所以门架施工必须保证强度和刚度。施工中必须加强围岩量测，隧道开挖时，加强对洞顶位置的地表进行沉降观测，拱顶部分要埋设贴有反光膜的观测点，使用全站仪观测，每日记录数据1次～2次，并及时将观测数据整理汇总，作为下一步工作的依据。挑顶开槽宽度一次不宜过大，以2m～3m为宜，待正洞上台阶拱架安装到位，在向大小里程分别开挖。转换段起点位于最低处，考虑该地段的排水;正洞开挖到位后，于交叉口往大里程方向5m，线路中心水设置一积水井，往斜井口抽排水，制定防排水应急预案，排水供电系统必须设置双路供电系统。正洞时先施工上台阶往小里程方向不少于20m，再进行下台阶开挖。在大小里程下台阶拱架落地后，掌子面要停止掘进，及时施作仰拱，使整个支护受力成环。在DK22+900～GDK22+930段开挖支护完成后，在此位置及时拼装二衬台车、防水板台车，衬砌台车模板安装采用挖机配合吊起模板，移动台车骨架的方法。在拼装台车段，隧道中心及两侧拱腰以上施作锚杆，锚杆采用?22mm钢筋，长度为5m，纵向间距为1．5m，用锚固剂锚固密实。锚杆尾部制作成弯钩，以便吊装钢模板二衬台车拼好后，跳过预留最后衬砌的DK22+885～GDK22+915段，分龙岩和南平方向施作衬砌。隧道施工中的安全问题与进度问题一直是重点与难点，本文通过对斜井进正洞挑顶施工中的支护措施的加强以及挑顶工序的合理安排，既有效避免了施工过程中可能存在的风险，也同时加快了进度，为下一步正洞施工打下了良好的基础。
作者：王鑫 单位：中铁十二局集团有限公司
