隧道斜井进正洞施工方案研究

赵 广 平

(中铁隧道集团四处有限公司，广西 南宁 530003)

隧道斜井进正洞施工方案研究

赵 广 平

(中铁隧道集团四处有限公司，广西 南宁 530003)

对目前各类斜井进正洞施工方案进行了研究，分析了施工方案中存在的优缺点，推荐了建议施工方案，对方案中缺点提出了改进措施，并通过工程实例验证了改进措施的安全性和适用性，推动了该施工方案的技术进步与发展。

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0 引言

隧道斜井进正洞方案前人对这方面已有较多的研究,有黄土地质、千枚岩地质等不同地质条件；斜井与正洞夹角有垂直和斜交等不同角度；斜井进入正洞后设计的施工方法也不同，有全断面、台阶法等。但通过对施工方案分析，方案研究与制定主要涉及以下几个方面：斜井进正洞洞口加固方案、正洞拱架与斜井拱架连接方案、挑顶过渡导坑施工方案等几个关键方案。通过对这些方案的对比分析，发现方案中存在许多缺点和问题需要改进，如门架落脚平台设置、挑顶导坑形式等。本文主要针对方案中存在的这些问题进行研究和探讨，并提出了改进措施，对今后该类工程施工具有重要的参考借鉴价值。

1 斜井进正洞施工方案现状分析

目前采用的斜井进正洞施工方案主要有以下两大类：垂直挑顶、斜向挑顶，每种类型进洞采用的施工措施也有所不同，详细分析如下。

1.1 垂直挑顶

所谓垂直挑顶,就是斜井开挖接近正洞交界里程后,逐步抬高拱顶高程；先以垂直正洞线路中线的方式采用小导坑挑顶进入正洞，在小导坑临时支护的保护下，施工正洞上台阶,再依次施工正洞中、下台阶断面，完成斜井交叉口挑顶施工，转换成正洞设计的正常施工工序。通过研究分析，目前垂直挑顶施工方法的差异主要体现在：垂直挑顶进洞导坑断面及支护形式，斜井与正洞交叉口加固方式，正洞拱架与斜井链接方式等几个方面，详细分析如下：

1)方法一：大包法[1]。即斜井距正洞适当距离后，以斜井断面为导坑断面垂直正洞中线向上爬坡挑顶，斜井开挖支护外轮廓超出正洞约1 m，导坑开挖支护完成后，在导坑内进行正洞上台阶超前支护及开挖施工，完成斜井转正洞工序转换，施工示意图详见图1。

2)方法二：弧形导坑垂直挑顶进正洞[2-9]。即当斜井施工到正洞侧边时，从斜井上台阶沿正洞上台阶外轮廓线开挖一个垂直于线路方向的弧形导坑，在导坑初支的保护下施作导坑内正洞初期支护，然后向正洞大小里程交替开挖支护各台阶，逐步过渡到正洞正常施工方案。

过渡导坑挑顶采用棚架支护，人工搭设简易钻爆作业平台钻爆，斜井与正洞交界面采用门型拱架加强，正洞设直拱架与斜井拱架进行搭接，正洞直拱架与门架托梁连接；过渡导坑采用Ⅰ18型钢矩形门架进行支护，门架腿依据现场导坑高度截取，导坑拱顶净空按正洞初期支护外轮廓准确控制，施工示意图详见图2，门架示意图详见图3。垂直挑顶施工方案分析详见表1。

表1 导坑垂直挑顶施工方法比较

方案综合评价：

优点：正洞初支、二衬能及时闭合成环，安全性高；挑顶路线短，降低了施工风险；临时支护少，拆除工作量小，费用少；上台阶形成后，可根据围岩情况采用三台阶、上下台阶、全断面等施工方法施工，工序转换灵活、速度快，适用于各类围岩。

缺点：1)门架安装超挖回填大，不经济：门型钢架设立需对斜井拱部围岩进行扩挖，如图4所示：门架为矩形竖直平面，而斜井与正洞相贯形成的相贯线为凹向正洞弧形，为正洞拱墙轮廓线的一部分，如果要架设门架，就必须对突出门架竖直面外的围岩进行扩挖修正，扩挖时容易形成较大超挖，超挖部分二衬施工时需用混凝土回填；2)安全隐患大：门架施工时开挖面大，并且门架顶部为水平开挖面，开挖面稳定性差，并且容易形成应力集中；正洞与门架相连的拱架由弧形改为平直段，减弱了原结构受力形式；门架安装需多次扩挖扰动围岩，特别在交叉口段，围岩受力复杂，更不利于施工安全；3)施工时间长：门架安装需多次开挖、支护、修正，门架的设立时间较长;4)洞口形式不美观，外观效果差：施工后斜井与正洞交界面不圆顺，存在较大棱角。

综合评价：该方法主要适用于Ⅲ偏差、Ⅳ级、Ⅴ级围岩地质条件，施工安全、快速，但需要对存在的缺点进行改进。

1.2 斜向挑顶[10,11]

斜井施工至与正洞交界后，先进行洞口加固，然后采用爬坡小导坑逐步开挖至正洞拱顶高程，继续以小导坑断面向前施工至预定位置后，先反向扩挖导坑形成正洞上台阶断面，再从斜井口开挖正洞下台阶，交叉口段正洞全断面或上下台阶形成后，组装正洞开挖台架，完成斜井进正洞施工转换。施工示意图详见图5。

方案综合评价：优缺点分析：爬坡导坑距离长，致使正洞初支和二衬不能及时成环、安全隐患大；导坑需要多次扩挖才能形成正洞断面，开挖过程需要根据围岩情况进行临时支护，拆除工作量大、成本浪费大；爬坡导坑空间狭小、线路长、坡度大、机械设备利用效率低，特别是开挖作业台架需要经常维修改造，工效差；施工灵活性差，由于围岩地质条件具有不可预见性，分部开挖时因局部围岩差需加强支护或改变施工工艺时,需对已支护段进行返工,重新开挖支护。

综合评价：该方案需要多次开挖和支护，拆除工作量大，工序复杂、安全隐患大、工效低、施工成本高、工期长，此方案效能差，主要适用于围岩特别好的Ⅱ，Ⅲ级围岩且无水的地质条件。

2 建议方案及改进措施

通过上述对目前斜井进正洞施工方案分析，建议采用垂直挑顶的第二种施工方法，但该方法采用门架作为正洞拱架落脚平台，门架开挖存在安全、受力、外观等缺点和隐患，需对其进行优化和改进，经过认真分析和研究，门架优化和改进措施如下。

2.1 正洞拱架落脚平台改进

取消门架，利用斜井拱架提供正洞拱架落脚平台，施工方法如下：加强斜井与正洞连接处斜井拱架，一般采用2榀～3榀Ⅰ20b以上工钢焊接成整体进行加强，并在靠近正洞一侧钢架拱部侧面焊接连接钢板，钢板中心间距为正洞拱架间距。正洞上台阶安装拱架前，先在钢板上焊接悬挑工钢，悬挑工钢型号同斜井加强拱架，正洞拱架落脚平台设置示意图详见图6,图7。

施工注意事项：连接钢板采用厚14 mm钢板加工，钢板与拱架之间空隙用钢板或角钢焊接固定，拱架与连接钢板在洞外加工厂加工，由测量人员放线，确保拱架平整度及各连接接头位置准确、焊接质量合格。

2.2 挑顶过渡导坑施工

挑顶过渡导坑建议采用高4 m×宽4 m的矩形断面结构，如图8所示，图中阴影部分即为过渡导坑；过渡导坑采用Ⅰ18工字钢门形钢架(门形钢架如图9所示)，支护参数可根据实际围岩情况进行调整。

施工注意事项：

1)过渡导坑开挖断面设计时应考虑预留变形量和导坑临时支护厚度，即导坑拱部初支不能侵入正洞开挖断面，防止正洞安装拱架时净空不足。

2)导坑边墙拱架高度可根据实际情况进行适当调整，防止拱脚悬空。

2.3 挑顶段正洞上台阶施工及正洞施工工序转换

在过渡导坑内进行正洞上台阶开挖修整,形成正洞上台阶标准开挖断面，并施工上台阶初期支护；然后根据正洞设计开挖支护方案，逐步转为正洞正常施工工序。施工内容及注意事项如下：

1)导坑内正洞上台阶拱架安装：安装正洞拱架前先安装正洞拱架落脚悬挑工钢平台，工钢长度通过计算在现场截取，并与斜井拱架预留的连接钢板焊接固定；斜井口一侧拱架固定在悬挑工钢顶面，另一端固定于上台阶开挖岩面，拱架安装后拱脚采用φ50锁脚锚管，L=4.5 m进行固定，每个拱脚左右各一根，初支喷混凝土封闭后对锁脚锚管进行注浆施工(注浆材料：1∶1水泥浆；注浆压力：0.5 MPa～1.0 MPa)。

2)按照设计施工正洞系统锚杆，锁脚及锚杆数量可根据现场实际情况进行调整并加强。

3)导坑内正洞上台阶初期支护施工完毕，拆除导坑两侧临时支护后向大小里程交替进行正洞上台阶施工，并逐步由挑顶施工转换为正洞正常断面开挖施工。

3 工程实践

富宁隧道为新建铁路云桂线(云南段)站前Ⅰ标工程，隧道位于云南省文山州富宁县境内，进口里程D4K339+026，出口里程D4K352+651，隧道中心里程D4K345+838.5，隧道全长13 625 m。

富宁隧道斜井位于线路左侧，与线路平面交角为90°，交点里程D4K346+721.678。斜井采用无轨运输双车道断面，综合坡度9.4%，斜井平长645 m。斜井进入正洞后为Ⅴ级围岩，处于可溶岩与非可溶岩接触带(D4K346+670～D4K346+800)，围岩破碎、富水，围岩地质条件较差。

本斜井施工时采用了改进后的施工方案，顺利地完成了斜井进正洞挑顶施工任务，从斜井开挖至正洞交界处至正洞三台阶形成只用了20 d,安全、快速地完成了斜井进正洞工序转换作业。该斜井交叉口施工效果图见图10。

4 结语

采用悬挑式落脚平台代替门架，避免了以往门架式落脚平台设置时对围岩的扩挖扰动，施工速度快，正洞拱架能及时闭合，安全风险小，节约成本；围岩及拱架受力结构更加合理，基本上保持了原设计受力形式，并提高了洞口外观质量；斜井一侧正洞拱脚通过悬挑工钢、锁脚锚管、系统锚杆，围岩注浆等加固措施后，其安全质量效果好，能保证施工安全。施工时应在悬挑工钢及交叉口段正洞、斜井围岩埋设监控量测点，加强交叉口段的监控量测，如有异常及时采取应对措施。

通过研究分析及有关工程实践验证，采用悬挑工钢代替门架设置落脚平台，挑顶采用矩形小断面弧形导坑垂直挑顶的施工方案对各级围岩具有普遍的适用性，挑顶效率高，安全风险小，成本节约，正洞工法转换灵活。该施工方案在类似工程施工中具有较高的推广和应用价值。

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Research on tunnel slant-well pulling construction scheme

Zhao Guangping

(No.4DivisionofChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd,Nanning530003,China)

The paper researches the construction schemes for the slant-well pulling, analyzes the advantages and disadvantages of the construction scheme, recommends the construction scheme, points out some improvement measures according to the disadvantages, and proves the safety and workability of the improvement measures according to the engineering cases, so as to enhance the technical progress and development of the construction scheme.

tunnel, slant-well, pulling hole, scheme

2015-04-24

赵广平(1978- )，男，工程师

1009-6825(2015)19-0171-03

U455

A