长大隧道斜井进正洞施工技术

申延虎

目前,辅助隧道进入正洞时根据地质情况主要施工方法有:台阶法、CD法、左右导坑法等,为实现高效、快速的进入正洞施工,在特长隧道施工过程中,业主为了加快投资回报,往往会压缩工期,同时施工单位为追求更好的经济效益,加快施工进度是一个很好的途径,为此给施工技术方案的选择、人员配置、作业环境等增加了一定的难度,对施工提出了新的要求,本文结合长洪岭隧道 1号斜井进入正洞的施工技术,在原施工配置的基础上实现了快速施工,取得了一定效果。

1 工程概况

1)隧道结构及施工要求。长洪岭隧道设计为单洞双线隧道,起讫里程 DK 183+594～DK 170+300,全长 13294m。其中隧道设置施工辅助坑道斜井 2个、横洞 1个;1号斜井位于线路前进方向右侧,与正洞左线相交于 DK 177+500,斜井井身与正洞平面交角为 74°,斜井综合坡度为 7.0%,最大坡度 7.7%,交叉口段隧道开挖断面宽约 13.5m,高约 11.5m,斜井进入井底段正洞拱顶埋深约 240m,属深埋大跨度隧道。2)隧道地质及涌水量情况。隧址区属中山地貌,构造较简单,隧道区临近出口向斜核部,岩层倾角较小,走向变化较大,地层总体上单斜,岩体较破碎。上覆土层以坡残积土层为主,下伏岩层为泥岩夹砂岩、砂岩,岩质较软。无特殊岩土,不良地质为岩堆。地下水相对不发育、无侵蚀性,工程地质条件一般。隧址穿越段中部地表发育小型河流,其次地表零星分布池塘,地表水相对较发育,主要由大气降雨补给。地形坡度一般为 15°～45°,斜坡地形利于地表水排泄,加之第四系覆盖层粘性土层透水性较差,大气降水大部分沿坡面汇入沟槽排走,少部分顺节理裂隙入渗补充为地下水。区内地下水类型主要为基岩裂隙水,次为第四系松散土层孔隙潜水。通过对相同地层、同类环境条件的工程类比,本段采用大气降水入渗系数法对隧道涌水量进行预测,涌水量值为6350m3/d,推断丰水期为枯水期流量的 2倍,长洪岭隧道预测隧道最大涌水量为 12700m3/d。

2 施工工艺

1)总体施工方案选择。斜井进正洞后,根据施工任务划分,按进出口方向双头掘进的要求组织施工,在斜井转正洞展开施工后,先期开挖出口方向约 40m,然后利用加工改造后的斜井台架继续反向开挖进口方向,并在已支护好的 30m正洞段加工正洞全断面开挖台架,为进、出口方向全断面开挖创造条件,根据总体施工任务分配,以进口方向为主开挖方向。2)施工关键技术及应对措施见表1。

3 施工方法及组织

3.1 开挖施工方法

按进、出口方向双头掘进的要求,为方便施工及通风,经调整,将斜井与正洞左线斜交 74°改为正交,交叉口斜井按平坡设置施工,进入正洞后导洞施工及支护仍按斜井开挖断面进行,开挖时按照斜井与正洞交角逐步转变开挖方向。1)交叉口转车道导坑开挖,在交叉口正洞 8m范围,按出碴车、装载机、斜井开挖台架作业尺寸要求,采用导坑法开挖转车道,转车道开挖断面及支护参数与斜井保持一致,便于利用原斜井台架组织施工;2)通过改造原斜井开挖台架,开挖出口方向 22m左导坑,施作临时支护,开挖过程中严格按照一开挖一支护的要求及时施作临时支护;3)最后10m由导坑法断面逐渐过渡至全断面,并按设计要求进行支护;4)反向开挖左侧及交叉口剩余部分,交叉口开挖支护施工期间,在正洞底已支护好的 30m范围拼装正洞全断面开挖台架,开挖台架拼装完成后,向进口方向开始全断面开挖。第二台开挖台架完成后即可进行出口方向开挖施工。

表1 施工关键技术及应对措施

3.2 超前地质预报

斜井进正洞前,先在距离交叉口 100左右采用 TSP203p lus超前地质预报系统进行一次中长距离的地质预报,提前对地下水、软弱岩层带进行预报,以便施工中采取应对措施,及时调整施工方案。施工中,每循环开挖时采用 5m钻杆在隧道拱部和两侧拱腰、两侧边墙各钻一个探测孔,当钻孔出现不良地质征兆时,可以及时采取应对措施。

3.3 斜井交叉段转正洞施工

1)导坑法开挖转车道。在斜井开挖支护至与正洞相交时,开始开挖交叉口转车道,转车道在正洞 8m范围内完成,为保证交叉口段施工安全,导坑开挖与斜井保持一致。斜井底 10m支护在原设计支护条件下增加钢拱架加强支护,转车道长度按 18m考虑,该段按开挖方向由与正洞正交逐渐向出口方向转向,利用斜井开挖台架施工,临时支护采用喷C 25混凝土5cm～10cm厚,并视围岩情况适当加强支护。2)出口方向左导坑分部开挖、临时支护施作。通过改造原斜井开挖台架,开挖出口方向开挖 22m左导坑。台架改造采用在原架基础上加设棚架的形式进行,棚架高度根据正洞开挖断面要求可灵活调整,棚架与原台架用套管进行连接加固,对原开挖台架不需作大的改造,既能满足开挖尺寸的要求,又可以灵活移动。导坑线路方向左侧初期支护只能做边墙部分,按设计支护参数施作锚杆、网片、初喷混凝土。导坑右侧直墙采用喷 C25混凝土临时支护,厚度 5cm～10cm,并视围岩情况适当加强支护,临时支护在施工右导坑时再予以挖除。3)左导坑开挖调整至全断面、反向开挖右导坑。全断面调整里程在向出口方向开挖 40m后,利用斜井改造后台架,由左导坑向右侧反向扩挖,逐步与左导洞形成正洞标准全断面,右导洞开挖时初期支护与左导洞闭合成环,之后严格按正洞设计参数进行初期支护。4)交叉口开挖。形成正洞全断面开挖后利用改造台架开挖交叉口剩余 8m,交叉口开挖支护施工期间,在已支护好正洞约 30m范围拼装正洞全断面开挖台架,在开挖台架拼装完毕后,向进口方向开始全断面开挖,第二台开挖台架完成后立即投入出口方向开挖施工,即完成交叉口段开挖支护。

3.4 导坑开挖爆破

导坑开挖采用光面爆破,根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线,辅助炮眼交错均匀布置,周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上,掏槽炮眼加深 20cm。严格控制周边眼的装药量,采用间隔装药,使药量沿炮眼全长均匀分布。

3.5 衬砌模板台车拼装施工

在出口方向开挖距离交叉口约 60m时,开始拼装进口方向喷浆、防水板、衬砌模板台车,然后再拼装出口方向开挖、喷浆、防水板、衬砌台车。台车拼装期间为避免施工干扰,应暂停出口方向开挖。

4 洞内监控量测

1)加强交叉段围岩监控量测,按要求频次采集数据,及时分析,为施工提供指导意见。考虑到交叉段施工工序繁杂,作业空间小,人员较多,提前对施工人员进行专项培训,明晰作业流程及安全要求。2)在交叉段施工前后,安排专职安全员,定期对洞内初期支护结构变形情况进行监控、登记台账,及时比对。重点对初支表面开裂、明显沉降、渗漏水情况进行监控,提前预警,以便提前采取措施。

5 结语

1)交叉口施工时在支护系统未封闭成环前严禁盲目扩挖,以免形成较大临空面,造成支护困难,人为增加不安全因素。2)交叉口施工时左导坑开挖后,反向开挖右导坑并调整至全断面施工时,可根据围岩情况灵活调整施工顺序。当围岩较好时可将台架退至交叉口按左导坑施工方法开挖右导坑,提前实现全断面开挖,同时人员、机械可利用斜井空间,活动方便,遇到特殊情况便于人员撤离。3)交叉口工序转换频繁,作业空间小,人员、机械较多,施工前需对施工人员进行专项培训,明确作业流程及安全要求,做到有备无患。4)施工前编制防坍塌应急预案,准备应急救援物资,施工中安排专职安全人员全过程跟踪,观察掌子面及已支护地段围岩变形情况,发现危险及时撤出作业人员,并启动应急预案。

[1] 温利强.软弱围岩大跨隧道施工技术[J].山西建筑,2009,35(13):298-299.