双洞单线隧道斜井进正洞挑顶施工技术

石 雷

(宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315000)

双洞单线隧道斜井进正洞挑顶施工技术

石 雷

(宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315000)

结合燕山隧道2号斜井与正洞交叉口处的施工实例，介绍双车道斜井(横断面58.97 m2)进双洞单线隧道的挑顶施工技术。在充分了解地质条件的基础上，制定了详细的超前支护、监控量测和开挖施工方案。重点阐述进正洞的施工方法，对施工经验进行总结，可供同类工程参考。

隧道 斜井 挑顶 副联通道 施工

目前，国内长大隧道施工基本采取设置若干个斜井，增加工作面的方式施工。燕山隧道2号斜井承担正洞施工任务量比较大，进正洞采用斜井和副联双联进洞(原设计没有副联通道)，使斜井底部两交叉口形成循环通道，提高洞内运输能力，提高施工效率，缩短工程工期。斜井和副联通道与车行横通道设计在同一处，在隧道内形成挑高方式的“十”字形式。两个交叉地段围岩受力复杂，施工技术难度大，斜井向正洞转换往往是施工中的重点、难点。

1 工程概况

1.1 工程概况

燕山隧道位于河北省张家口市境内，隧道起迄里程为改DK52+953～改DK74+106(右线改YDK53+960～改YDK74+114)，全隧长21 153 m(右线长21 154 m)，为双洞单线隧道，是张唐铁路的控制性工程。全隧共设置7座双车道斜井，其中2号斜井设计为永久斜井，运营时作为通风、反坡排水、应急救援等通道使用，施工期承担正洞左线3 012 m和右线2 988 m的施工任务。

斜井全长1850 m，最大坡度9.6%，平均坡度为8.85%，净空为8.41 m(宽)×6.33 m(高)，与正洞45°斜交，交与右线正洞YDK59+233.81处；并在井身2斜01+34.33处开副联通道，全长47.08 m，与正洞59°斜交，交与右线正洞YDK59+167.88处。斜井井身、主副联通道进正洞交叉口平面如图1所示。

图1 交叉口处平面

1.2 设计围岩情况

斜井与正洞、副联与正洞交叉断范围内设计为Ⅳ级围岩，岩性为安山岩，弱风化，节理裂隙发育，呈块状—碎块状结构。左侧破碎严重，有掉块，右侧岩体整体性较好。

1.3 设计支护情况

设计上，斜井与正洞、副联与正洞交叉口断支护结构采取加强措施：

①斜井与正洞、副联与正洞连接段 30 m 范围内采用双车道斜井Ⅴ级围岩复合式衬砌结构。

②正洞在其与斜井交叉点段60 m 范围内考虑采用降低一级围岩复合式衬砌结构。

斜井交叉口段、副联交叉口段、正洞交叉口段加强支护见表1，表2，表3。

表1 斜井交叉口段加强支护参数

表2 副联通道交叉口段加强支护参数

表3 正洞交叉口段加强支护参数

2 施工方案

斜井井身开挖至2斜01+34.33处时，在隧道的左侧开副联络通道开口5 m处采用上下台阶法开挖，后37.08 m采用全断面法开挖。当斜井、副联两个施工面接近右线正洞相交里程时，逐渐抬高斜井、副联拱顶高程，采用棚洞进入右线正洞，待斜井、副联施工至正洞拱顶后，按正洞顶高程按平坡形式开挖施工至正洞外侧上台阶拱脚位置；利用棚洞空间在一侧先施做正洞上台阶初期支护，待正洞初期支护达到设计强度后，拆除棚洞一侧的临时支护，沿正洞线路按设计开挖和支护参数施工正洞上台阶，施工正洞15 m后停止开挖掘进，采取喷射混凝土形式封闭工作面；拆除棚洞另一侧临时支护，按照正洞线路另一侧开挖施工15 m，采取喷射混凝土形式封闭工作面，形成正洞作业空间后，按设计扩挖临时支护达到正洞标准断面。

在进入隧道正洞初期，开挖采取短台阶法开挖，待右线隧道形成施工面后，横通道施工按照全断面法开挖施工，横通道与左线90°相交，横通道开挖施工至接近与隧道左线正洞相交里程处，采用斜井进右线正洞的施工方法施工，形成左线正洞正常施工作业面。

3 施工方法

3.1 斜井分口处加固施工

2号斜井井身施工至2斜01+34.33处时，在隧道的左侧施工副联络通道，采取上下台阶法开挖。01+34.33分口处断面较大，开挖施工存在较大安全风险。在分口处拱顶130°范围内，沿开挖轮廓线提前施做长5 m、间距30 cm的超前锚管，开挖支护形式采取并立5榀Ⅰ16异型拱架加强钢拱架形式，确保分支断面交接处围岩稳定。同时，施工期间加强监控量测频率，通过监控数据有效指导施工(见图2)。

图2 副联分叉口加强平面

3.2 斜井进入正洞处加固施工

施工至1斜0+03时，斜井顶部以30%的坡度开始抬高，拱架相应接长。考虑2号斜井与正洞斜交角度45°角，开挖进入正洞处的应力极为复杂，施工到2斜00+05时，开始立4榀异型Ⅰ16a型钢加强支护，在斜井与右线隧道相交处立3榀Ⅰ18a型钢加强支护(见图3)。

图3 正洞、斜井、横通道拱架

在立好的型钢钢架上焊接I18a型钢横梁，并在横梁两端螺栓连接I18a型钢立柱，为正洞钢架提供落脚平台(见图4)。在此处安装正洞钢架时，用I18a型钢斜梁代替正洞的B单元钢架，用I18a型钢立柱代替正洞的C单元、D单元钢架(见图5)。仰拱钢架连接在斜井底板的预埋I18a型钢上。

图4 斜井挑顶进正洞侧面

图5 斜井挑顶进正洞立面

3.3 交叉口模筑衬砌

在棚洞爬坡进入正洞一段距离后(形成交叉口模筑衬砌空间后)，及时对斜井交叉口往斜井口方向20 m范围内施做二次衬砌，厚度0.35 m，交叉口段平行于线路中线，紧贴加强环关堵头模板。二衬达到设计强度后拆模，形成对交叉口处围岩三维受力的有效支护。

3.4 斜井进入正洞内的棚洞施工

棚洞设计净宽4 m(见图6)。支护参数为：采用I18a型钢钢架，钢架间距0.8 m，钢拱架之间采用Φ22钢筋连接，环向间距1.0 m，采用Φ22砂浆锚杆，长度3.0 m，间距1.2 m×1.2 m，梅花形布置；采用4根Φ42锁脚锚管，长度为3 m，φ8×φ8钢筋网，网格间距20 cm×20 cm；喷射C25混凝土，厚度25 cm。 支护施工中要严格按施工指南操作，保证施工质量。

采用棚洞空间进入正洞开挖施工，棚洞断面和支护参数视围岩情况进行调整，棚洞开挖预留一定沉落量厚度，待棚洞开挖至正洞边墙处，在棚洞内正洞上台阶初期支护的架设4榀钢拱架并连接，沿隧道正洞方向，拆除棚架一侧的临时支护，沿正洞方向按正洞Ⅳ级围岩开挖方法和支护参数施工上部弧形导坑。开挖施工15 m后，喷射混凝土临时封闭工作面，暂停该方向开挖施工。然后拆除棚架另一侧的临时支护，按正洞Ⅳ级围岩开挖方法和支护参数施工上部弧形导坑。沿正洞方向开挖施工15 m后，暂停该方向开挖，并喷射混凝土封闭工作面(如图7)。

3.5 下台阶开挖

上台阶开挖完成后进行下台阶开挖。下台阶开挖时，先从棚洞位置开挖到墙脚，及时落底开挖到隧底，进行仰拱支护，及时完成仰拱，便于后序施工。然后向一侧方 向开挖仰拱，施做仰拱，确保三角区初期支护与仰拱尽早成环。

3.6 横通道开挖

右线隧道正式成为施工面后，采用全断面法开挖横通道，横通道与左线90°相交。横通道刚开口时围岩不稳定，在右线隧道和横通道交叉口处立Ⅰ18型钢拱架，加强围岩的稳定性。

3.7 横通道进正洞

横通道开挖至接近左线正洞相交里程时，采用斜井进右线的方法，使左线形成施工面。

3.8 副联通道进正洞

副联络通道断面与斜井的断面一致，因此副联络通道的进正洞的施工方法与斜井进正洞的施工方法一致，在此不再具体介绍。

4 监控量测措施

现场监控量测是隧道施工的重要组成部分，通过现场量测掌握围岩和支护的动态，指导施工预报险情，确保安全，进行日常的施工管理。监控量测项目及频率见表4。

图7 施工工序顺序

表4 监控量测项目及频率

4.1 量测点布置

由于设置主副联通道进入正洞挑顶，且斜井分口处及主副联通道与正洞交口处围岩不稳定，必须要做好斜井分口处及主副联通道与正洞交叉口处的监控量测工作。现场在副联通道、主联通道以及隧道正洞每5 m埋设一个拱顶下沉观测点、两组周边收敛观测点，严格按照量测频率进行观测，并对数据进行整理分析，及时反馈指导施工(如图8所示)。

图8 量测点布置示意

4.2 量测结束标准根据收敛速度判别

一般地段：收敛速度>5 mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统。收敛速度<0.2 mm/d时，围岩基本达到稳定。

浅埋地段：加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。

各量测项目持续到变形基本稳定后2周结束，软弱围岩大变形地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间。

4.3 洞内测点布置注意事项

(1)测点的安设应能保证初读数在爆破24 h内和下一循环爆破前完成，并测取初读数。

(2)测点应安设在距开挖面2 m范围内，且不大于一个循环进尺，并应细心保护，不受下一循环爆破的破坏。

(3)各项位移的测点，一般布置在同一断面内，测点统一在一起，测设结果应能互相印证，协同分析及应用。

5 施工注意事项

5.1 开挖施工注意事项

(1)开挖要做到随挖随撑，及时施做初期支护，封闭成环，同时加强围岩变形及沉降监控量测工作，根据量测数据分析围岩及初支的稳定情况，确保支护措施安全有效。

(2)斜井与正洞工作面施工时，安排专人值班，随时观察围岩及支护状态的稳定性，发现危险情况时及时采取有效应急加强措施。

(3)隧道开挖时不得欠挖和超挖，超、欠挖处必须及时按照设计尺寸进行处理，不得留有虚渣。

5.2 支护施工注意事项

(1)喷射混凝土应在开挖后及时实施。

(2)喷射混凝土施工时应按照喷射混凝土作业指导书要求分段、分片、分层，由下而上顺序进行施工，确保喷射面平顺。

(3)外加剂及水泥的配比严格按试验参数进行。

(4)钢架架设在初喷后及时架设，钢架安装前应清除拱脚处的虚渣和杂物，必要时在拱脚处垫设预制混凝土块或钢板，确保拱架按设计位置架设和拱脚处的稳定。

6 施工效果

燕山隧道2号斜井采用双联进洞的施工方法，使斜井底部两交叉口形成循环通道，提高洞内运输能力，缩短了工程工期。采用棚洞挑顶施工，在进洞期间虽然施工速度较慢，但交叉口处的安全质量得到了保证，说明采用此方法进洞挑顶施工技术是成功的。

7 结论

斜井挑顶设计到斜井和正洞两个构造物，挑顶处围岩受力复杂。因此，制定挑顶方案时，一定要以“稳”为主，初期支护宁强勿弱，开挖尽量采用弱爆破或不爆破，在确保安全的前提下再追求进度。通过燕山隧道2号斜井挑顶施工实践，“超前支护、分步开挖、加强支护、随挖随护、及时封闭，加强监测”的挑顶方案是合理的。

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SHI Lei

2014-08-01

石 雷(1980—)，男，毕业于西南科技大学土木工程专业，工程师。

1672-7479(2014)05-0088-05

U455

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