块石土隧道斜井进正洞挑顶施工技术

武晓东 程 裕 和锋刚

1 工程概况

排前2号隧道斜井位于线路右侧一山坳处,斜井全长131 m,主要为13%下坡,设计在 DK127+076与线路60°相交,如图1所示,斜井XDK0+60～XDK0+131位于块石土围岩,围岩以粉质黏土夹杂石灰岩,块石直径从35cm～150cm不等。在斜井掘进过程中,围岩坍落掉块现象较多,围岩稳定性差,斜井开挖宽为5.5 m,高度6.42 m,设计为Ⅴ级,如开挖跨度过大,容易引起塌方;斜井距正洞25 m处开始采用Ⅴ级加强衬砌断面。

2 斜井转入正洞施工技术

2.1 施工难点

排前2号隧道斜井与正洞交汇段位于块石土围岩中,围岩坍落掉块现象较多,围岩稳定性差,如开挖跨度过大,容易引起顶部塌方,危及人身安全;同时,为了保证将来运输车辆的行驶便利,施作了小喇叭口,喇叭口的施工增大了开挖断面,给施工安全带来了隐患。另外,正洞拱顶比斜井拱顶高约2.9 m,斜井喇叭口沿正洞走向跨度达到9 m,开挖宽度达13 m,斜井口部型钢拱架将承受来自围岩及正洞钢架的压力,因此加强口部支护及保证喇叭口处围岩的稳定是交叉口施工的关键所在。

2.2 施工步骤

1)在斜井开挖到距离正洞边缘2.5 m处后,开始向正洞方向扇形转化,转化过程中逐步扩大开挖断面,形成喇叭口。2)斜井与正洞交汇处加强钢架设立,该钢架既是斜井本身的支护手段,也承受该区域正洞钢架传递的荷载。3)斜井至正洞过渡段支护结构完成后,用砂袋回填喇叭口施工带来的超挖坑道,保证挑顶导洞施工中的围岩稳定。4)采用门架式爬坡导洞法进入正洞顶部,初支成型后向两方向掘进,逐步形成三台阶开挖。

3 施工组织实施

3.1 斜井转化段及喇叭口施工

在距离正洞边界2.5 m处(斜井中线里程),采用六榀Ⅰ18工字钢完成斜交到正交的过渡。结合块石土围岩情况,拟采用扇形过渡的方式[1]。钢架过渡方案如下:钢架中心拱顶间距60cm,每榀(次)钢架转向近5°,共 6榀完成 30°的转向,C25喷混凝土厚25cm;φ 8mm 双层钢筋网,网格25cm×25cm;Φ 22mm 纵向连接筋,环向间距1 m;砂浆锚杆 L=3 m,1 m×1 m,梅花形布置,每榀设17根;φ 42mm 锁脚锚管,L=4 m,每榀设 8 根;φ 42mm 钢管超前小导管,环形间距40cm,L=3.5 m,每环设21根,纵向间距2 m。

斜井与正洞交汇处钢架不仅是斜井本身的支护手段,同时也承受该区域正洞钢架传递的荷载。该区域钢架跨度大、受力复杂,只有提高支护强度才能有效抑制围岩变形,因此,在斜井与正洞交叉口段,设立两榀Ⅰ25a型钢拱形钢架[2-6],钢架法线与正洞中心线垂直,在此型钢钢架上焊接Ⅰ25a型钢横梁,并在横梁两端螺栓连接Ⅰ25a型钢立柱,为正洞钢架提供落脚平台,正洞仰拱钢架连接在斜井仰拱预埋的Ⅰ25a型钢上,其结构如图2所示。

3.2 喇叭口处施工安全技术措施

喇叭口施工时,门架设立带来了较大的开挖面,同时此种围岩下,容易形成超挖,最宽处达到13 m,纵向 2 m的临空面,虽然交汇处钢架成功设立,但较大开挖临空面给下一步正洞挑顶施工带来了安全隐患,严重危及施工安全。对门架两侧的超挖坑道采用砂袋堆码临时回填并进行了喷混凝土防护,使暴露临空面仅为导洞口大小,有效的保证了下一步正洞挑顶的安全施工。实践表明对于块石土围岩,有效控制开挖临空面和做好超前支护是保证安全施工的前提。

3.3 正洞上导坑门架挑顶施工

喇叭口处门架设立并回填超挖坑道后,采用小导坑门框式钢架爬坡进入正洞洞身,于正洞中线处达到正洞拱顶高程,施工中门框顶梁按正洞支护外弧控制并预留15cm变形量,门框顶横梁将作为永久支护考虑,扩挖至正洞上台阶标准断面后安装正洞钢架。

在斜井至正洞过渡段临时棚架支护完成后,施作正洞上导挑顶段初期支护。正洞钢架直接安设于棚架横梁底部,正洞钢架支护拱脚一侧坐于上台阶底面,另一侧坐于工字钢纵梁顶。

3.4 正洞交汇段仰拱施工

保证正洞与斜井交汇段的结构安全,交汇段正洞上台阶拱部锚喷支护到位后,先向正洞大里程方向,沿上台阶拱部开挖轮廓线打设单层超前注浆小导管,L=3.5 m,环向间距40cm,开挖采用弱爆破、短进尺,循环进尺控制在0.8 m以内。待正洞形成三台阶施工平台,交叉口部正洞下部钢架落底后,封闭掌子面。然后采用相同方法进行小里程方向施工,直至小里程形成三台阶施工平台后,停止掘进,施作交叉口部正洞仰拱,使支护及早成环,稳定交叉口的围岩应力变化,确保结构安全。

3.5 监控量测

排前2号隧道斜井与正洞交汇段处,应力集中点多、结构受力复杂。为了更好掌握围岩变化情况,施工监控量测方案和现场实施尤为重要。在斜井向正洞转换施工过程中,尤其重视监控量测工作。该段施工过程中,拱顶沉降量测采用贴反射膜片配合全站仪量测,水平收敛采用JSS30A型数显收敛计进行量测。该段施工量测结果表明:围岩稳定后,隧道拱顶沉降最大值9.3cm,水平收敛最大值8.0cm,整个施工过程中处于稳定状态。

4 结语

排前2号隧道斜井与正洞交叉口施工,采用扇形过渡、设置喇叭口、正洞门架挑顶施工的方法,成功实现了块石土围岩下斜井到正洞的安全转化,预防了隧道塌方,为在块石土地段进行斜井到正洞的转化施工提供了借鉴经验。通过本次施工,表明块石土围岩下,控制开挖临空面是保证安全施工的前提,块石土围岩下隧道交叉口施工有如下几点建议:

1)排前2号隧道斜井交叉口隧道施工于2009年11月4日仰拱浇筑完成,现在已安全通行7个月,实践证明挑顶施工方案在块石土围岩下隧道交叉口施工是安全可行的。

2)隧道交汇段施工中应尽可能减小开挖面,控制开挖进尺,以减小大块石的掉落,造成塌方;隧道施工中要及时进行初次支护,并确保喷射混凝土质量。

3)交叉段施工中要及早施工底拱,以形成封闭的支护圈体系,保证运输咽喉的安全。

4)同时,为使斜井顺利向正洞过渡,减小正洞挑顶施工的难度,保证施工中的通风顺畅,在接近正洞时应逐步抬升斜井高程,使斜井到达正洞时拱顶与正洞拱顶顺接。

[1] 张智军.双线黄土隧道斜井进正洞挑顶施工技术研究[J].山西建筑,2007,33(12):313-314.

[2] 付国宏.7号斜井进正洞挑顶施工技术[J].铁道标准设计,2009(9):77-79.

[3] 戴文革.施工隧道斜井与正洞交叉段施工技术探讨[J].水利与建筑学报,2008,3(6):82-84.

[4] 肖勇华.乌鞘岭隧道1号斜井进正洞施工技术[J].铁道标准设计,2004(8):59-60.

[5] 张金锋.张茅隧道1号斜井进正洞挑顶施工技术[J].山西建筑,2006,32(8):128-129.

[6] 李 静.竖井横通道转正洞施工方案比选[J].铁道建设,2008,3(6):82-84.