高速铁路隧道斜井挑顶施工技术

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西太原 030024）

1.工程概况

云竹隧道位于新建太焦高铁山西段，武乡站和榆社西站之间，隧道全长3850m，最大开挖断面150多m2，设置1座施工斜井，位于线路前进方向右侧，斜井与正洞交汇处距离出口端1350m，与正洞平面夹角134°。斜井全长360m，最大坡度9%，综合坡度7.92%，为双车道无轨运输形式，正洞施工完成后作为紧急出口使用。

斜井与正洞交会处地层为Ⅲ级围岩，岩性为弱风化砂岩夹泥岩，砂岩呈中厚层状，岩质较硬；泥岩与泥质砂岩呈薄～中厚层状，岩质较软。整体上岩体较完整，呈块石状镶嵌结构。该处存在少量基岩裂隙水，正常涌水量428.67m3/d，最大涌水量634.99m3/d，该处埋深70.19m。

2.挑顶施工总体技术

云竹隧道斜井进正洞挑顶施工，该处围岩受力情况复杂，存在应力集中现象，极易发生拱顶掉块现象。施工中交叉口段采用“横向棚架法”挑顶进洞，采用型钢钢架作为进入正洞的“门架”，按照先加固后开挖的原则组织施工。

施工组织步骤为：斜井开挖接近正洞时，慢慢抬升斜井拱顶标高，加长钢拱架支护；从交叉口处起，采用棚架进入正洞，进行交叉段正洞开挖；棚架斜向上爬坡开挖至正洞中线处达到正洞拱顶高程，再向前以平坡开挖至正洞外侧上台阶拱脚位置，然后在棚架内设置套拱；在套拱内再施作正洞上台阶初期支护后，再向正洞两侧按标准的正洞断面进行开挖[1]。

3.挑顶施工技术参数

（1）加强环。I25b工字钢3榀，间距0.6m。

（2）门架。I25b工字钢横梁和立柱，门架底脚设置I25b横梁，提高门架整体刚度。

（3）棚洞。I18工字钢，间距0.6m，φ8 钢筋，20cm×20cm钢筋网，φ22系统锚杆，长3.0m，间距1.0m×1.0m梅花型布置，喷射25cm厚混凝土。

4.挑顶施工工序组织

云竹隧道斜井挑顶施工采用横向棚架法组织施工，其工序组织按照以下6步施工工序执行。

（1）斜井施工至与正洞交叉时，慢慢抬升斜井拱顶标高，加长钢拱架支护。拱顶抬升坡度以27%控制。

（2）斜井施工至正洞边界后，为确保施工安全，暂停前方开挖，施工加强环。及时施作施工斜井交汇段衬砌。

（3）加强环施工完毕后，向前方开挖正洞断面，优先开挖正洞上台阶断面。开挖后及时全站仪扫断面，确保正洞上台阶不欠挖。

（4）在棚洞内施工套拱，随后安装正洞上台阶钢拱架及后续钢筋网、锚杆、喷混施工；正洞前方施工10m后，用喷射混凝土封闭掌子面，停止施工。

（5）正洞调转方向，施工另一端套拱，随后安装正洞上台阶钢拱架及后续钢筋网、锚杆、喷混施工；正洞前方施工10m后，用喷射混凝土封闭掌子面，停止施工[2]。

（6）正洞两端掌子面距离拉开后，同步开挖正洞洞身中下台阶，及时施作初期支护，条件具备时仰拱及时开挖浇筑，以便初期支护与仰拱尽早成环，确保施工安全。

5.关键步序施工技术

5.1 斜井交叉口段

斜井交叉口施工加强环，加强环内安装3榀I25b钢拱架，环外一榀I25b门型钢架，斜井钢拱架与门型钢拱架焊接在一起；钢拱架连接筋φ22，间距1m，内外双层布置。门型钢拱架横梁和斜井I25b钢架之间的间隙，从两侧对称焊接竖向I25b型钢立柱短撑，间距50cm，钢架安装后，喷射混凝土回填密实。正洞套拱的支撑点采用横梁上安装I20a钢柱头的方式实现，钢柱头间距按照套拱间距设置。

施工交叉口处斜井仰拱拱架，与斜井初支闭合成环，斜井加强环最外侧的仰拱拱架与正洞仰拱拱架焊接一起；斜井仰拱预埋钢筋与正洞仰拱钢筋连接，保证正洞与斜井交叉口处的支护体系连为一体，共同受力。

5.2 棚洞施工

交叉口处门架施作完成后，向前方开挖正洞断面，优先开挖正洞上台阶断面。开挖后及时全站仪扫断面，确保正洞上台阶不欠挖，并及时施工棚洞临时支护。

棚洞临时支护采用I18钢拱架，间距60cm，拱脚增设横向连接件，使棚洞钢架及早闭合成环，并设置8根φ42锁脚锚管。其他参数为：φ8钢筋网@20m×20cm，φ22系统锚杆，长3.0m，间距1.0m×1.0m梅花型布置，25cm厚喷射混凝土。

施工中，棚洞拱顶标高的控制要充分考虑自身临时支护的厚度、正洞套拱支护厚度、正洞初期支护厚度及正洞预留沉降量。每一步序施工时，精确控制标高，事后及时全站仪扫断面，做到本步序不欠挖，为后续步序施工尤其是正洞初支施工提供充足的空间，确保正洞初支及二衬砼厚度满足设计要求[3]。

5.3 套拱及正洞施工

（1）棚洞临时支护施工完成后，在不欠挖的前提下，及时施工正洞套拱。

（2）套拱支护参数为：I20a型钢钢架，间距60cm，φ22纵向连接筋，间距100cm，内外双层布置，喷射混凝土厚25cm。

（3）套拱钢架一端与交叉口加强环钢柱头连接，另一端与正洞拱腰处纵向槽钢连接，拱脚打设φ42锁脚锚管，并对拱脚扩大处理，喷射混凝土回填拱脚，增强基底承载力。

（4）正洞套拱施工完成后，在不欠挖的前提下，及时施工正洞初支，拱架间距、锚杆数量及长度、钢筋网纵横向搭接长度、锁脚锚管数量长度及角度、喷射混凝土厚度等参数满足设计要求。

（5）先期施工的一段套拱内的正洞初支施工完毕后，拆除棚洞一端临时支护，在棚洞内施工套拱，随后安装正洞上台阶钢拱架及后续钢筋网、锚杆、喷混施工；正洞前方施工10m后，用喷射混凝土封闭掌子面，停止这端施工。正洞调转方向，再拆除棚洞另一端临时支护，施工套拱，随后施工正洞初期支护；正洞前方施工10m后，用喷射混凝土封闭掌子面，暂停施工。待正洞两个掌子面距离拉开后，同步开挖两端正洞洞身中下台阶，及时施作初期支护，条件具备时仰拱及时开挖浇筑，以便初期支护与仰拱尽早成环，确保施工安全。

6.挑顶施工注意事项

（1）挑顶施工中，加强拱顶排险找顶工作，防止拱顶掉块。

（2）成立沉降观测小组，及时掌握沉降及收敛信息，并及时采取应对处理措施，确保施工安全可控。

（3）正洞交叉口段初期支护施工完成后，两端掌子面距离满足施工需求时，及时开挖仰拱，控制步距不超标，及早使拱墙初期支护与仰拱初期支护闭合成环。

（4）加强交叉口段内通风，在抬高进入正洞的棚洞内设置降温设备。

（5）正洞初支与套拱及棚洞间的间隙以C25喷射混凝土填充密实，斜井衬砌要与正洞二次衬砌顺接。

7.结语

太焦高铁云竹隧道斜井挑顶施工从开始至结束为期一个月，整体进展较为顺利；为整个隧道施工及时增加两个工作面，既保证了隧道整体工期可控，亦取得了良好的社会评价，为后续高速铁路隧道建设提供可供参考的借鉴意义。