杭黄高铁天目山隧道斜井挑顶施工方案经济比选

万岩

(中铁隧道集团一处有限公司)

杭黄高铁天目山隧道斜井挑顶施工方案经济比选

万岩

(中铁隧道集团一处有限公司)

通过对杭黄高铁天目山隧道斜井进正洞挑顶施工方案的分析，从安全、工期、经济三个方面对方案的优化、比选，最终确定了一个较为经济的施工方案，为相似工程积累了经验。

隧道斜井;挑顶开挖;优化设计

随着国家铁路“十三五”发展规划的确定，中国铁路的发展，已逐步由“普通列车”走向“高铁时代”。而隧道工程则是铁路土建工程的重点，近些年来频繁出现长大隧道成为制约高铁修建工期的关键因素。为保证工期多采用横洞、斜井、平行导坑等辅助导坑来增加作业面以实现长隧短打。而斜井与正洞交叉口处挑顶施工方案已日趋成熟，如何能够经济、安全、快速度完成挑顶施工成为目前研究的关键。

1 工程概况

新建杭黄铁路天目山隧道为双线铁路隧道设计时速250 km/h，全长12 013 m，为全线重要控制性工程之一。隧道设置斜井3座横洞1座。闻家斜井为天目山隧道2#斜井位于线路前进方向左侧，与线路相交于DK206+400里程处，与线路小里程方向夹角为37°48'52″，斜井综合坡度为9.14%采用无轨运输，斜井全长1 595 m。斜井井底与正洞交叉口处埋深约310 m，交叉处均为Ⅲ级围岩，岩质为硅质泥岩。

隧道正洞与斜井交叉口处围岩空间三维受力复杂，为保证施工安全，交叉口DK206+390～DK206+410段支护参数采取降一级支护级别进行加强支护。正洞采用Ⅲc复合式衬砌支护。支护参数为130格栅钢架，间距1.2 m;B25中空注浆锚杆，长3.0 m，间距环1.2×纵1.5 m，梅花型布置; A6钢筋网片，拱部设置网格间距25 cm×25 cm;C25喷射混凝土，厚度20 cm。

斜井采用无轨双车道Ⅳ级围岩复合式衬砌支护。支护参数为:130格栅钢架，间距1.0 m;B22砂浆锚杆，长3.0 m，间距环1.2×纵1.2 m，梅花型布置;A6钢筋网片，拱部设置网格间距20 cm×20 cm;C25喷射混凝土，厚度20 cm。

2.1 方案比选

(1)方案一

在斜井施工至与正洞设计二次衬砌最大跨度相交时，在交汇面处设置I18型钢门架为正洞钢架提供落脚平台。垂直于正洞中线施作导坑，导坑断面同斜井断面相同，导坑垂直于正洞中线开挖至正洞洞身右侧边墙，开挖过程中每循环及时施作临时支护。导坑开挖结束后转向正洞大里程方向进行开挖，开挖过程中逐步上挑扩挖形成标准正洞断面，并施做正洞初期支护。待正洞施工一段距离后，转回处理交叉口处拱顶欠挖并开挖小里程方向开挖。见附图1:闻家斜井与天目山隧道正洞交叉段施工结构图。

(2)方案二

在距斜井井底10 m处开始设置渐变段以渐变逐步抬高斜井拱顶标高(起拱线标高相应抬高)，当斜井开挖至正洞中线位置时，斜井拱顶标高恰好为天目山隧道正洞拱顶标高，及时施做初期支护。然后继续垂直隧道中线开挖，开挖成正洞标准断面后，及时施做初期支护。然后沿中线方向向大里程开挖，大里程开挖50 m后，开始大小里程同时掘进。

2.2 方案优化比选

(1)安全方面

①方案一

在导坑扩挖到正洞标准断面前工序较为复杂，爆破频繁对围岩扰动较大，且正洞初期支护无法及时封闭，存在较大安全隐患。

②方案二

直接扩挖至正洞标高可及时进行初期支护，初期支护及时封闭成环安全可控。

(2)经济方面

①方案一

导洞开挖过程中需多次进行临时支护且需处理拱顶欠挖，材料费、人工费消耗较大，挑顶费用较高。

②方案二

正洞直接扩挖至标准断面较为方便，工序简单快速，临时支护工程量较小，无需进行后期处理较为经济。

(3)工期方面

①方案一

导洞开挖完成后进行拱部扩挖工序较为繁杂，多次进行临时支护影响进度，导洞断面较小无法进行大型机械配套化施工进度影响较大，挑顶工期较长。

②方案二

直接扩挖至正洞拱顶标高工序较为简单，临时支护工程量较小，开挖断面较大方便机械施工，施工进度较快。

通过安全、经济、进度三个方面比较选择方案二进行施工。

3 施工方案

3.1 超前地质预报

斜井开挖至底部前施做超前地质预报，采用弹性波反射法(TSP203)预测200 m，探明斜井及正洞交叉口段的水文地质情况，并结合设计围岩情况提前做好应对措施。

3.2 斜井挑顶进入正洞

在斜井井底X2DK0+015～X2DK0+005段设置渐变段(支护参数进行相应增强，架立异型拱架)，开挖至X2DK0+ 015时将拱顶线逐步上挑，上挑坡度为10.8%。开挖至X2DK0+005时达到正洞开挖轮廓线，继续垂直于正洞线路方向开挖。开挖至X2DK0+000时达到正洞中线位置同时斜井拱顶标高与正洞拱顶标高达到一致。

3.3 交叉口处支护

斜井与正洞交叉口处受力较为复杂必须加强支护，井底为Ⅲ级围岩采用Ⅳ级支护参数，于过渡段架立异型130格栅钢架，间距1.0 m。由于斜井与正洞夹角为38°，在渐变段安装异形拱架逐步过渡，最终由最后一榀钢架(异型拱架)偏立法架立调整到与正洞纵向平行。在斜井施工至与正洞设计二次衬砌最大跨度相交时，在交汇面处设置I18异型钢架立柱，在此型钢钢架上焊接I18型钢横梁，并在横梁两端螺栓连接I18型钢立柱，为正洞钢架提供落脚平台。于I18异型钢架立柱施作长4.0 m，φ50锁脚锚管及长3.5 m，φ22锚杆(间距1.0 m)，并与横梁、立柱焊接在一起，按设计厚度喷射混凝土。

3.4 正洞扩挖至标准断面

斜井开挖至X2DK0+005后，开始正洞段挑顶施工，每循环进尺2.0 m，及时进行锚喷支护。开挖至X2DK0+000时达到正洞中线位置，继续扩挖直至形成正洞标准断面。开挖完成后及时施做交叉口正洞段初期支护架立130格栅钢架间距1.2 m。沿线路方向左侧拱脚立于I18型钢横梁上并焊接牢固打设锁脚锚管。拱脚架立完成后及时喷射C25混凝土封闭成环保证施工安全。

3.5 正洞台阶法施工

交叉口处正洞初期支护封闭成环后立即转向正洞大里程方向开始台阶法施工，当上台阶掌子面开挖一定距离后，进行下台阶开挖，保证台阶长度。待大里程方向开挖支护施工50 m时开始施工杭州方向。同时全幅施工正洞仰拱，仰拱开挖后要保证车辆通行条件，采用移动式栈桥通过，以不影响掌子面施工。

3.6 监控量测

监控量测是是观测围岩变形最为直观的一种手段，为确保施工安全及时进行量测十分必要。在交叉口初期支护完成后及时布设量测点。观测拱顶下沉及周边收敛以确保安全施工。

3.7 人员、机械、材料配备

4 总结

按照此方案施工现场已顺利安全的完成挑顶施工，监控量测数据表明，拱顶累计最近沉降量15 mm，周边累计最大收敛10 mm，表明初期支护及时封闭成环有效的控制了围岩变形，现场施工安全可靠。

序号 工种 人数(人)备注1开挖工10 2支护班 10 3喷浆工 3 4电焊工 1 5炮工 1 6领工员1

序号 材料名称 规格型号 数量1钢筋 φ8 32 mm 6.3 t 0.15 t 2钢筋 φ14 2.67 t 3钢筋 Φ22 18.43 t 4角钢 125×80×10 1.18 5钢板 16 mm 0.25 6无缝钢管 φ50×3.5 7.64 7工字钢 I18 0.58 t 8中空锚杆 φ25 2 415 m 9水泥 P.42.5 654.1 t

据统计现场仅用15 d即挑顶段施工，进度大大提高有效的缩短了工期。

综上所述，此方案即能保证隧道安全施工又能有效缩短挑顶工期加快施工进度。

［1］ 朱永全，宋玉香.隧道工程［M］.北京:中国铁道出版社，2006.

［2］ 关宝树.隧道工程施工要点集［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［3］ 欧阳院平.高速铁路大断面黄土隧道施工数值模拟［D］.成都:西南交通大学，2006.

［4］ 杨延勇.软弱围岩隧道斜井转正洞设计与施工技术［J］－铁道标准设计，2013，(1).

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