地下风机房与风道交叉口段四连拱隧道施工技术

杨秀文

(中铁十二局集团第二工程有限责任公司，山西太原 030012)

1 工程概况

长平高速公路是新建长治至安阳高速公路中山西省境内管段，其中虹梯关隧道设计为双行四车道分离式单洞，单洞全长13 km。出于运营通风考虑，在隧道线路右侧设置四个通风斜井及两个地下风机房。

虹梯关隧道辅助通风巷道的地下风机房具有断面多、跨度大、结构复杂、洞室交叉多、群洞效应明显的特点。施工难度极大，安全风险非常高。

地下风机房洞室群主要由排风道，送风道，运输通道，避难通道，检修通道，风机房及配电工作室组成。其1号地下风机房和1号，2号斜井及正洞左右线关系平面布置详图见图1。

图1 1号地下风机房和1号，2号斜井及正洞左右线关系平面布置图

在该布置结构中，施工的重难点在四条风道与风机房的八个交叉口段落的四连拱隧道。由风机房算起，向两侧风道展开，四连拱隧道的设计结构型式分别为SC1-8型衬砌段，长2 m，结构断面为连拱型同一断面;SC1-9型衬砌段，长6m，结构断面为连拱型喇叭口变截面断面;SC1-10型衬砌段，长6 m，结构断面为小净距型喇叭口变截面断面。

2 四条风道与风机房的八个交叉口段落的四连拱隧道设计情况

设计1号，2号通风斜井由送排风道进入正洞需穿越1号地下风机房，在风道与地下风机房相交处(JC1-6交叉口)为四连拱及小净距隧道(SC1-8，SC1-9，SC1-10型衬砌断面)。

设计SC1-10型衬砌段为小净距隧道，长度2×6．0 m，1号送排风道采用Ⅰ14型钢拱架、系统锚杆、锚喷网支护;2号送排风道采用打设系统锚杆、铺设钢筋网、喷射混凝土支护。

SC1-9型衬砌段设计为四连拱隧道，长度2×6．0 m，1号，2号送风道间中隔墙宽度由4．475 m渐变为2．0 m;2号送排风道间中隔墙宽度由3．85 m渐变为2．0 m;1号送排风道间中隔墙宽度由5．25 m渐变为2．0 m。2号送排风道拱部采用Ⅰ14型钢拱架支护，1号送排风道采用Ⅰ18型钢拱架支护，风道间拱架拱脚全部支撑于中隔墙上。

SC1-8型衬砌段设计同样为四连拱隧道，长度2×2．0 m，风道间中隔墙宽度均为2．0 m，1号送排风道拱部采用Ⅰ18型钢拱架支护;2号送排风道拱部采用Ⅰ14型钢拱架支护，拱架拱脚全部支撑于中隔墙上。

3 施工开挖顺序

开挖穿越SC1-8，SC1-9，SC1-10型衬砌段是该项工程施工的关键环节，也是安全控制的重点，为保证安全、平稳、快速通过，拟采取以下方法施工:1)首先由1号，2号斜井侧按照排风通道断面进行1号，2号排风道开挖支护至SC1-10断面，然后进行SC1-10，SC1-9，SC1-8型三断面间变截面衬砌断面开挖支护;在SC1-8型衬砌断面开挖支护完成后，由1号排风道进行挑顶施工地下风机房，形成地下风机房拱部开挖支护断面后，沿风机房中线向风机房两端进行地下风机房开挖及支护施工。2号排风道在SC1-8型衬砌断面开挖支护完成后，按该断面尺寸穿越风机房，进行对面SC1-8，SC1-9，SC1-10型三断面间变截面衬砌断面开挖支护;在SC1-10型衬砌断面施工完成后，进入2号排风通道正常断面施工，并与正洞左线尽早贯通。在地下风机房开挖及支护施工完成后，也实现了1号，2号斜井在风机房内连通的目标。1号，2号斜井与正洞左线通过风机房实现连通，将为风机房后续工作的安全施工创造有利条件。2)风机房衬砌断面开挖支护完成后，加紧进行运输通道开挖支护，尽早实现运输通道贯通主线的目标，以利于风机房施工安全及材料运输的便利。3)运输通道与主线左洞贯通后，浇筑1号，2号排风道SC1-8，SC1-9，SC1-10型三断面间变截面二次衬砌，然后中导洞法开挖支护1号，2号送风道SC1-8，SC1-9，SC1-10型三断面间变截面衬砌断面，施作二次衬砌。4)1号，2号排送风通道完成后，进行避难通道、检修通道及配电室施工。

4 具体施工方法、工艺

设计SC1-10型衬砌段为小净距隧道，SC1-9型衬砌段为四连拱变截面隧道，同时为方便施工，施工时将按照相应排送风道开挖断面进行开挖，待开挖完四连拱中导洞后进行SC1-8，SC1-9，SC1-10型衬砌段扩挖成型施工。

四连拱隧道段1号，2号送排风道，采取以下施工方法:

设计连拱隧道之间为整体式中隔墙，施工时将1号，2号送排风道间整体式中隔墙改为叠合式中隔墙，即将1号，2号排风道断面扩大，并保证相邻风道在中隔墙处的设计衬砌厚度，同时将1号，2号排风道拱部钢拱架接长落底，施作锚喷网支护，相邻风道拱部钢拱架搭接支撑于1号，2号排风道初期支护内钢拱架上，拱脚设置连接钢板与之连接牢固。1号，2号送风道仍按照设计施工方案中导洞法开挖支护。

因四连拱隧道受力复杂，施工时在原设计基础上增设初期支护仰拱及衬砌仰拱，封闭成环，以保证洞身结构的安全、稳定。

调整后衬砌支护参数:

1)初期支护内型钢拱架1号排风道由原设计Ⅰ18工字钢改为Ⅰ20b工字钢，2号排风道由原设计Ⅰ14工字钢改为Ⅰ18工字钢，纵向间距均由原设计1．0 m调整为0．6 m;喷射混凝土厚度1号排风道为26 cm，2号排风道24 cm。

2)原设计φ22砂浆锚杆均改为D25中空注浆锚杆，1号送排风道锚杆每根长度4．0 m，2号送排风道锚杆每根长度3．5 m，间距均为60 cm×100 cm。

3)增设初期支护仰拱及衬砌仰拱，仰拱内钢拱架1号排风道采用Ⅰ20b工字钢，2号排风道采用Ⅰ18工字钢;衬砌仰拱厚度1号送排风道55 cm，2号送排风道45 cm。

4)将1号，2号送排风道间中隔墙墙身加高，基础加深，初期支护内仰拱钢拱架支撑于中隔墙基础两端，并在基础内预埋钢板与钢拱架焊接牢固。

5)将1号，2号排风道位于中隔墙一侧拱部钢拱架接长落底，纵向间距60 cm，喷射混凝土厚度1号排风道26 cm，2号排风道24 cm。

6)二次衬砌按照调整后断面施工，内部净空尺寸符合设计要求，衬砌钢筋在拱部、边墙和仰拱内全环布设，钢筋直径、规格、间距均维持原设计。

7)超前支护1号排风道采用φ42 mm×4 mm无缝钢管，每根长4．0 m，环向间距35 cm，纵向每1．2 m一排，沿拱部环向布设;4号排风道采用φ42 mm×4 mm无缝钢管，每根长3．5 m，环向间距35 cm，纵向每1．2 m一排，沿拱部环向布设。注浆采用水泥单液浆。

中导洞法施工工艺。中导洞法施工1号，2号送风道SC1-8，SC1-9，SC1-10型衬砌段。具体施工方法及工艺如图2所示。

图2 1号，2号送风道中导洞法施工步序图

1)Ⅰ:开挖中导洞，架立钢架，打设系统锚杆，铺设钢筋网，喷射混凝土完成支护，立模浇筑中隔墙混凝土;2)Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ:施加中隔墙横向临时支撑，并将中隔墙顶部与围岩间空隙用混凝土回填密实，然后进行2号送风道开挖，架立钢架，施作锚喷网支护;3)Ⅴ:开挖2号送风道仰拱，架立钢架，施作锚喷网支护;4)Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ，Ⅸ:1号送风道一侧开挖，架立钢架，周边锚喷网支护。

1号，2号送风道开挖支护完成后，破除中导洞临时支护及临时中隔墙和临时仰拱，施作1号，2号送风道二次衬砌。

中导洞设计采用直墙加半圆拱断面，净宽6．6 m，净高6．316 m，初期支护采用Ⅰ14型钢拱架，纵向间距为0．8 m，采用φ22钢筋连接，连接钢筋环向间距为1．0 m;在拱部、边墙部位打设D25中空注浆锚杆，每根长度3．0 m，间距为100 cm×80 cm，梅花形布置;拱架与岩面间铺设φ8钢筋网，网格尺寸为20 cm×20 cm，20 cm厚C20喷射混凝土(见图3)。

图3 连拱隧道中导洞支护断面图

因1号，2号送风道开挖支护需前后错开施工，由于左右两洞的不对称施工，以及爆破的震动，分步施工的反复扰动，通过左右洞的初期支护将压力传递到中墙，易造成中墙受力的不平衡。当中墙不能抵抗这种单侧推力而发生较大位移时，将会引起拱部支护开裂失稳，为确保中墙的稳定，必须采取以下防范措施:

1)合理组织施工工序，作好控制爆破及控制进尺，每循环进尺控制在0．8 m，以减小对围岩的扰动。

2)1号，2号送风道开挖前，在中墙混凝土浇筑完成并达到设计强度后，及时将中墙顶部与围岩之间的空隙用混凝土回填密实，并采用Ⅰ20工字钢对后开挖一侧施加中隔墙横向临时支撑，以确保中隔墙稳定，横向临时支撑上下共设四道，间距92 cm，纵向间距为1．0 m(见图4)。

图4 连拱隧道中隔墙两侧横向临时支撑图

虹梯关隧道辅助通风巷道的地下风机房系统从2012年3月开始施工，至2013年3月结束，由于施工开挖顺序安排合理，具体施工方法、工艺符合实际施工情况，安全快速的完成了风道与风机房交叉地段复杂结构的施工，从而实现了该工程整体安全高效、保证施工质量的完成施工任务。

［1］刘运微，贾勋涛，康宝龙．隧道浅埋不良地质段施工方法的优化［J］．山西建筑，2012，38(31):184-185．