隧道燕尾段挑顶施工问题探讨

刘永平

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西太原 030024）

1 问题的提出

山西临县境内的郑家湾1 号隧道具体位置在吕梁山脉西坡梁峁区域，工程所在区地形地貌复杂，南北向存在较大起伏，冲沟等不良地质发育。按照设计，应将双单线隧道合并为双线单隧道处理。通过初步分析本隧道工程土质燕尾段的施工组织设计、隧道渐变段及大跨段沉降控制等进行研究，由项目组提出将该双单线隧道合并处理为（单洞）双线隧道的优化设计方案[1]，具体而言，应从隧道单线设计位置挑顶、挑宽进入双线段，采用新型初期支护形式，渐进挑顶、挑宽至设计断面。

2 斜井进正洞挑顶施工方案

2.1 总体施工思路

燕尾段双洞单线隧道进单洞双线隧道施工时，先从重车线单线隧道掘进，单线隧道上、中台阶支护到同一里程，下台阶紧跟，仰拱及二次衬砌紧跟初期支护；进入双线隧道后，短进尺强支护，开挖并进行上中台阶初支，一定进尺内的挑宽、挑高必须满足设计断面要求；隧中一侧采用临时支护，另一侧采用永久支护，永久支护直接挑宽至双线隧道断面，钢架长度按渐变设计以达到挑高方面的要求。临时支护钢架长度也按照渐变方式设计以达到挑宽要求，最后一榀钢架为临时竖撑，继续向前掘进支护，直至满足施工作业空间要求后停止掘进，并对掌子面进行锚喷封闭。

在临时支护面临时竖撑开始处施做棚洞，棚洞大小以满足施工作业空间为准，在正洞初期支护轮廓外进行棚洞顶部支护（不得侵线），预留沉降量50cm；先拼接棚洞内正洞钢架，并主要借助棚洞等支架形式沿轻车线反向开挖隧道单线，同时进行拼接双线钢筋架的逐榀安装，完成安装施工后再将临时棚洞支护钢架等彻底拆除；采用永久支护方式施工至隧道双线设计里程处，并紧跟进行仰拱及衬砌施工。

2.2 辅助坑道交叉段施工

将重车线（单线隧道）作为辅助坑道，待开挖与正洞（双线隧道）交叉处相距1m 时开始扩大开挖轮廓并开挖至正洞，按要求支护。正洞和辅助坑道交叉段增设加强环，以便为正洞初支提供稳定的施工平台。加强环采用Ⅰ25 工字钢门型桁架，内侧设置Ⅰ20a 工字钢支护钢架，与隧道初期支护采用型钢立柱短撑及连接钢筋焊接牢固，喷射混凝土。

3 施工控制要点

3.1 挑顶施工

采用三台阶法进行单线隧道掘进施工，待上台阶施工至燕尾段交叉处后应暂停，并进行中台阶掘进，控制并缩小掌子面和仰拱、二衬间距后将临时横撑挑顶增设于中台阶下部，仰拱、二衬与掌子面间距应分别控制在20m、30m 以内。

由单线隧道掌子面至双线隧道挑顶施工时，先通过挖机开挖并结合人工方式修整，并将正洞初支及临时钢架支护渐变设计[2]。挑顶挑高和挑宽同步通过若干循环进尺后到达正洞双线拱顶；首个循环施工过程中应确保双线边墙侧挑宽满足正洞双线边墙宽度开挖要求，并继续挑宽至双线隧道另一侧且与双线隧道隧中所对应的单线隧道边墙；最后循环施工过程中不再挑宽，而仅调整临时支护为竖撑结构，作为以下施工过程中的横向棚洞使用。正洞部分钢桁架为永久性结构，其支护措施必须严格到位，而临时支护可以适当调整和减弱，完成钢支架安装后应随即喷射C25 混凝土。挑顶示意图见图1。

3.2 棚洞开挖

待挑顶过渡段开挖出的空间适宜挖机旋转施工后暂停开挖，并及时超前支护掌子面并锚固喷射混凝土。在完成的临时支护结构表面支设棚洞，并将其顶部轮廓线设置在正洞初支结构之外，完成棚洞的开挖和支护后应继续拼接安装其所对应的正洞上台阶钢架，并按设计要求在棚洞内同时进行锚杆施工。棚洞开挖示意图见图2。

表1 本隧道斜井进正洞挑顶施工监控量测设计

图1 挑顶

图2 棚洞开挖

3.3 开挖支护

3.3.1 单线隧道开挖支护

挖机随棚洞内正洞支护结束后驶入棚洞内，并沿正洞设计轮廓向单线隧道向开挖，按照开挖进度将棚洞单线隧道向初期支护结构拆除，并进行上台阶钢架逐榀安装，同时拆除临时钢架。待全部拆除临时支护结构后转向开挖双线隧道，将棚洞内双线隧道方向的初期支护结构随之拆除，再进行双线正洞上台阶钢架的逐榀安装，并根据安装施工频率配套性地将临时支护钢架随之拆除。按照开挖掘进向确定φ42 超前小导管支护方向，并按照1 榀钢架/循环的要求进行循环开挖。

3.3.2 双线正洞的开挖与支护施工

等到本隧道单线挑顶过渡段棚洞临时支护任务万车工后，隧道双线正洞横断面的右侧应到达中台阶，左侧应到达上台阶。此时暂停上台阶开挖，并将掌子面调整成三台阶形式，再恢复掌子面掘进，并改用三台阶法增设仰拱施工直至掘进结束，待开挖施工达到设计要求后及时增设仰拱。

3.4 二衬施工

双线隧道大跨段衬砌以型钢拱架后背木板为本次双线隧道大跨段衬砌模板，并通过工字钢将型钢拱架支撑于衬砌台车面板，以发挥台车受力支撑及施工车辆通道的双重作用。台车面板背面工字钢拱架的型号及设置间距等参数均根据断面设计尺寸及衬砌厚度确定，并采用相同型号的型钢材料纵向连接钢架。工字钢支撑一头焊接在模板拱架上，一头焊接在台车上，并通过φ42mm 钢管以三角形形式连接工字钢，起到稳定作用。

4 监控量测

为全面收集本隧道工程斜井进正洞挑顶施工全过程及施工各阶段围岩稳定状况和临时支护效果，及时预报施工进程和险情，确保施工安全和质量，量测设计及结果设置详见表1。

考虑到本隧道燕尾段围岩结构稳定性较差，断面变化大，支护体系转换及结构受力复杂，所以，应当在设计要求的基础上，适当加强施工过程现场监测。拱顶下沉量监测点应当按照5.0m的间隔设置，同时还应按相同间距增设周边围岩位移量测点2组，并严格按照表1 中所规定的频次加强量测。围岩位移收敛速率大于5.0mm/d 时停止施工，加强初支处理，收敛速率小于0.2mm/d时，则表明隧道开挖后围岩处于基本稳定状态[3]；若隧道开挖后的围岩位移收敛变形在设计要求的变形基本稳定时间内尚未结束，则应延长量测时间。本隧道在挑顶施工过程中围岩位移收敛速率均在0.2mm/d 以下，围岩变形稳定。

5 结论

本文对位于山西临县境内的郑家湾1 号隧道双洞进单洞挑顶施工过程的分析表明，挑顶涉及重车线（轻车线）和主洞两个构造，且两个构造所涉及围岩结构均处于复杂的受力状态。必须加强施工方案的比选与设计，并遵循以稳为主的原则，初支宁强勿弱，开挖及时封闭。本工程双单线隧道并为单洞双线隧道施工在安全性、质量控制、费用控制等方面优势显著。