漢邑村隧道斜井進(jìn)入正洞挑頂法施工技術(shù)

戚樂方

（中鐵十局三建公司，安徽 淮南 232000）

1 工程概況及施工方案的選擇

漢邑村隧道全長6677 km，其中分別在D1K17+000和D1K18+200里程設(shè)1#和2#兩座斜井。其中1#斜井井身與正洞正交，2#井身與正洞斜交45°，且井身為反坡，坡度9.26%，全長280 m，施工難度大，最具代表性。與正洞連接處圍巖為Ⅲ級白云巖，裂隙發(fā)育，較破碎。由于井身中線與正洞中線成斜交45°，斜井井身寬6 m，井底與正洞交接處寬8.48 m，考慮到機(jī)械交通行駛及轉(zhuǎn)彎有效寬度，無需再向兩側(cè)擴(kuò)寬成喇叭口，只需直接施作到正洞洞身，后沿正洞中線方向向大小里程分別挑頂開挖形成正洞開挖斷面。同時考慮此處為三岔口處，受力最為薄弱，在井身施工到正洞后，向大小里程挑頂開挖過程中，采用“短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)”手段，并形成上下臺階向前施工。

2 施工工藝

2.1 開挖工藝

由于交叉口處為Ⅲ級白云巖，巖質(zhì)較硬，自穩(wěn)性較好，所以采用先開下導(dǎo)小洞，再壓頂，同時保留上下臺階的開挖方法。

2.1.1 施工測量放線

當(dāng)施工到井底時，由技術(shù)人員現(xiàn)場測量放線，確定井底與洞身交接位置AB，確定出b方向，使開挖沿b方向開挖，見圖1。當(dāng)沿b方向開挖到一定尺寸后，測量放出正洞洞身中線及正洞洞身斷面輪廓線，使b方向繼續(xù)向前開挖時好確定各炮眼深度，使得開挖時不會使正洞洞身線左形成大的超挖或欠挖，見圖2。同時在向大小里程擴(kuò)正洞斷面時形成正洞開挖輪廓。

圖1

圖2

2.1.2 “正反向挑頂”

當(dāng)沿b方向施工到正洞洞身線右A′B′輪廓線時，即在正洞形成斷面，見圖3、圖4，分以下步驟開挖：

圖3 圖4

（1）由于井身向大里程方向?yàn)轫樈欠较?，便于機(jī)械等進(jìn)出，故先沿大里程方向，由1部向2部開挖出下導(dǎo)洞，形成繼續(xù)開挖2部上導(dǎo)頂部的爆破臨空面，然后再對2部上導(dǎo)頂鉆鑿壓頂爆破炮眼，放壓頂炮對2部進(jìn)行壓頂爆破開挖。如此循環(huán)施作，逐步形成向大里程開挖的正洞斷面輪廓。由于是受力薄弱段，向2部壓頂爆破開挖成功，形成正洞開挖輪廓斷面后，繼續(xù)開挖2部上導(dǎo)，形成向大里程開挖的上下臺階，進(jìn)行上下臺階開挖，臺階長5～8 m。同時2部的下臺階也為反向向3部施作壓頂時提供了開挖工作平臺。

（2）2部上下臺階形成后反向?qū)?部進(jìn)行壓頂爆破開挖，1部和已開挖的2部上斷面為3部的壓頂爆破提供足夠的臨空面。3部壓頂?shù)穆湓谝验_挖的1部，保留這部分渣子在1部，形成在1部的下導(dǎo)臺階，為繼續(xù)對3部進(jìn)行向小里程的壓頂爆破開挖提供下臺階平臺。但在先前對2部開挖時，要及時清除1部的落渣，方便施工機(jī)械和開挖臺架的進(jìn)出。

（3）對3部壓頂施工完成后到4部已基本形成向小里程方向開挖施工的正洞洞身上斷面。后繼續(xù)向小里程4部進(jìn)行上導(dǎo)開挖，形成向小里程開挖的上下導(dǎo)臺階，臺階長5～8 m。在此開挖過程中不斷清除1部的落渣，方便施工機(jī)械和開挖臺架的進(jìn)出。

（4）完成正洞上導(dǎo)臺階的開挖支護(hù)后，清除1部堆渣，逐步完成1部線右下導(dǎo)支護(hù)，再先向大里程進(jìn)行下導(dǎo)開挖，原因是向大里程順角，方便機(jī)械出渣和施工，形成足夠的開挖工作空間后，再反向向小里程方向開挖下導(dǎo)。

（5）由于井身與洞身斜交45°，對于整體式開挖臺架由井身通過1部進(jìn)入洞身比較困難，同時壓頂施工時，工作空間很小，整體式開挖臺架不適合使用，采用拼裝式腳手架，便于進(jìn)出洞身。

2.1.3 開挖進(jìn)尺

開挖進(jìn)尺遵循“短進(jìn)尺、弱爆破”的原則。每次開挖下導(dǎo)洞的循環(huán)進(jìn)尺≤2.0 m，壓頂開挖≤1.5 m。并采用周邊眼用導(dǎo)爆素光面爆破，減少對周邊原巖的擾動，不形成應(yīng)力集中點(diǎn)。同時人工風(fēng)鎬修邊配合。

2.2 鉆爆工藝

由于采用先開下導(dǎo)小洞，再進(jìn)行上導(dǎo)壓頂，故對此兩步爆破方式和爆破參數(shù)選擇尤為重要，有助減小對原巖的擾動，節(jié)省炸藥。

2.2.1 小導(dǎo)坑鉆爆工藝

當(dāng)井身開挖到AB輪廓線后，轉(zhuǎn)為沿b方向鉆爆掘進(jìn)，開挖尺寸為8.48×6.49 m。爆破工藝采用如下：掏槽眼采用Ⅲ級上下垂直楔形掏槽，掏槽眼上下間距60 cm，Ⅰ級掏槽水平間距0.86 m，掏槽眼深0.86 m，Ⅱ級掏槽眼水平間距1.26 m，眼深1.49 m，Ⅲ級掏槽眼水平間距1.66 m，眼深2.13 m，角度分別為Ⅰ級60°、Ⅱ級65°、Ⅲ級 70°，見圖 5。

周邊眼沿開挖輪廓線布置，間距40 cm，周邊眼最小抵抗線60 cm，眼深2.0 m。輔助眼布置在周邊眼與掏槽眼之間，布置兩環(huán)，環(huán)向間距分別為70 cm、80 cm，眼深2.0 m。炮眼布置見圖6。

圖5 三級楔形掏槽炮孔布置

圖6 炮眼布置

2.2.2 壓頂鉆爆工藝

當(dāng)完成小導(dǎo)坑開挖后就為上導(dǎo)頂部的壓頂爆破提供了臨空面。一般情況下，正常洞身掘進(jìn)時，爆破的臨空面為垂直的掌子面；而進(jìn)行壓頂爆破時的臨空面就相當(dāng)于將掌子面旋轉(zhuǎn)90°而成的水平面。當(dāng)臨空面為垂直的掌子面時，采用楔形或直眼掏槽眼進(jìn)行掏槽；相應(yīng)的，當(dāng)臨空面為水平面時，采用“扇形”掏槽眼進(jìn)行壓頂。其炮眼布置見圖7，圖中，起爆順序由1～4。其壓頂可能要經(jīng)過多次才能徹底完成，形成正洞洞頂輪廓，并需人工風(fēng)鎬修整配合。

圖7 洞身縱斷面圖

2.3 支護(hù)工藝

整個交叉口處支護(hù)采用噴錨支護(hù)，并采用拱架加強(qiáng)。

2.3.1 井底支護(hù)

當(dāng)井身開挖進(jìn)入正洞洞身，形成AB輪廓后，及時施作井底AB處支護(hù)。

由于正洞洞身此段線左支護(hù)重量完全由井底AB處支護(hù)承擔(dān)，故在AB處施作18#工子鋼拱架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，并反向向井身方向采用格柵鋼架加強(qiáng)支護(hù)，其余支護(hù)參數(shù)見表1。

表1 井底初期支護(hù)參數(shù)

同時由于AB處支護(hù)即為井底支護(hù)，又不能侵入正洞洞身襯砌，故施作AB處井底支護(hù)鋼架時，現(xiàn)場跟蹤測量放線，使AB鋼架剛好與正洞洞身開挖輪廓線相切，見圖8。

圖8

圖9

2.3.2 臨時支護(hù)

完成井底支護(hù)后，在沿方向向正洞1部開挖時，每開挖完成后及時初噴3～5 cm厚噴射C20砼封閉圍巖，形成臨時支護(hù)，待穩(wěn)定后繼續(xù)向前開挖。在完成1部開挖后，由1部向2部下導(dǎo)洞開挖和對2部壓頂，再由2部向3部壓頂及由3部向4部開挖上導(dǎo)的每一循環(huán)，都及時初噴3～5 cm厚噴射C20砼封閉圍巖，形成臨時支護(hù)。

2.3.3 正洞洞身初支

表2 正洞2部和4部洞身初期支護(hù)參數(shù)

雖然此處為Ⅲ級白云巖，但由于此段不僅受力薄弱，而且到正洞施工的最后才能完成襯砌，故先采用格柵鋼架加強(qiáng)支護(hù)。支護(hù)方法由開挖方法確定為上下導(dǎo)支護(hù)，具體步驟如下：

（1）1部向2部施工開挖形成上導(dǎo)臺階后，及時施作上導(dǎo)格柵鋼架，支護(hù)參數(shù)見表2。

（2）當(dāng)向3部反向壓頂時，每完成一循環(huán)及時施作上導(dǎo)格柵鋼架。該拱架為異型架，線左連接在井底AB處鋼拱架上，采用鋼板夾焊，線右落在下臺階上，采用22a槽鋼墊實(shí)，見圖9，其余支護(hù)參數(shù)見表3。

（3）完成向大小里程的上導(dǎo)支護(hù)后，清除1部堆渣，逐步完成1部線右下導(dǎo)支護(hù)。再先向2部下導(dǎo)開挖并完成支護(hù)，后再反向完成4部下導(dǎo)開挖和支護(hù)。

3 安全措施

在有井身進(jìn)入正洞洞身挑頂施工過程中要求加強(qiáng)現(xiàn)場指揮力量，現(xiàn)場專人指揮，同時要求嚴(yán)格按照設(shè)計和施工方案要求進(jìn)行，在井身支護(hù)完成后方可向正洞掘進(jìn)。在挑頂開挖過程中，嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”原則，開挖后及時施作C20噴射砼，形成臨時支護(hù)。同時在開挖施工過程中，采用加長炮眼超前探測前方圍巖，以便及時調(diào)整施工方法。

4 結(jié)束語

通過對漢邑村隧道2#斜井采用挑頂法由井身進(jìn)入正洞的施工，形成正洞大小里程開挖斷面的全過程，一直遵循“嚴(yán)把質(zhì)量，確保安全，兼顧進(jìn)度”的原則，從這個思路來選擇施工方案，組織安排施工。同時，通過在現(xiàn)場的施工中，不斷結(jié)合現(xiàn)場開挖的實(shí)際情況和施工的安全、方便，不斷在施工中摸索和總結(jié)，來進(jìn)一步優(yōu)化方案。同時又及時地反映在現(xiàn)場的施工方法當(dāng)中。