滬昆鐵路客運(yùn)專線棟梁坡隧道斜井與正洞交叉段關(guān)鍵施工技術(shù)

任 浩,邊鵬飛

(中交隧道工程局有限公司,北京 100088)

1 工程概況

新建滬昆鐵路客運(yùn)專線棟梁坡隧道位于貴州省黔東南州三穗至凱里區(qū)間,隧道起訖里程為DK499+055～DK508+349,全長9294 m,為標(biāo)段內(nèi)控制性工程之一,是Ⅱ級高風(fēng)險(xiǎn)隧道,同時(shí)也是滬昆線貴州境內(nèi)貴陽以東段最長的隧道。隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道,線間距5.0 m,最大開挖斷面達(dá)到154.6 m2,隧道開挖采用鉆爆法開挖,大型設(shè)備無軌運(yùn)輸。

1號斜井洞身與正洞交叉段穿越元古界前震旦系清水江組地層,巖性為變余砂巖夾粉砂質(zhì)板巖,變余結(jié)構(gòu),板狀構(gòu)造,弱風(fēng)化,斜井與正洞交叉段為Ⅳ級圍巖。2號斜井洞身與正洞交叉段穿越元古界前震旦系清水江組地層,巖性為變余凝灰質(zhì)板巖,凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層構(gòu)造,弱風(fēng)化,斜井與正洞交叉段為Ⅲ級圍巖。斜井水文地質(zhì)條件受季節(jié)性變化較大,主要由大氣降水補(bǔ)給,地下水類型主要為基巖裂隙水,施工時(shí)均采用反坡排水措施。

為了確保隧道的安全優(yōu)質(zhì)快速施工,隧道采用“長隧短打”的施工理念,棟梁坡隧道設(shè)計(jì)2座斜井作為輔助坑道,斜井最大開挖斷面為56 m2。1號斜井設(shè)計(jì)長度為254 m,斜井洞身最大坡度為9.8%,與正洞交匯處40 m坡度為0.3%,與正洞左線交匯處里程為DK501+950；2號斜井設(shè)計(jì)長度為583 m,斜井洞身最大坡度為9.5%,與正洞交匯處40 m坡度為0.3%,與正洞左線交匯處里程為DK504+400[1-5]。

2 總體施工方案

2.1 工程特點(diǎn)

(1)斜井與正洞交叉處工序轉(zhuǎn)換復(fù)雜,初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)交錯進(jìn)行,作業(yè)空間狹小,安全隱患較大。

(2) 2座斜井與正洞均為斜交,交叉段施工要實(shí)現(xiàn)從小斷面向大斷面突變,支護(hù)結(jié)構(gòu)拆換及多種受力結(jié)構(gòu)相交使得圍巖處于復(fù)雜的三維受力狀態(tài),對施工方法、現(xiàn)場施工組織協(xié)調(diào)、工序轉(zhuǎn)換和銜接等提出了更高的要求。

2.2 施工方案

為確保斜井與正洞交叉段安全順利施工,斜井施工至正洞時(shí)垂直向正洞線路方向進(jìn)洞,進(jìn)洞位置通過上臺階形成一定坡度進(jìn)洞挑頂,拱頂高程與正洞拱頂高程一致,適當(dāng)加大預(yù)留變形量,采用弱爆破法人工風(fēng)鎬配合進(jìn)行開挖,然后從右到左對正洞初期支護(hù)工字鋼架進(jìn)行噴錨支護(hù),然后按照一定間距進(jìn)行架立臨時(shí)支護(hù)棚架,施工至隧道左邊拱腳做好支護(hù)后拆掉臨時(shí)棚架,再向兩側(cè)進(jìn)行開挖形成一定正洞作業(yè)面,然后再按照正常正洞施工工序進(jìn)行施工的方法。斜井與正洞交叉段平、立面關(guān)系見圖1、圖2。

圖2 斜井與正洞交叉段斷面

2.3 主要施工參數(shù)

(1)交叉段斜井井身初期支護(hù)主要參數(shù)

1號、2號斜井與正洞交匯段斜井井身和正洞洞身均采用加強(qiáng)支護(hù)措施,具體施工參數(shù)為：1號斜井X1DK0+012.86～X1DK0+22.86段10 m和2號斜井X2DK0+012.86～X2DK0+022.86段10 m拱墻均采用I18型鋼鋼架支護(hù),間距0.6～1 m /榀,斜井左側(cè)為0.6 m/榀,右側(cè)為1 m/榀,C20噴射混凝土,系統(tǒng)錨桿采用φ22 mm砂漿錨桿,長度為3.5 m,間距為1.2 m×1.2 m,梅花形布置。

(2)交叉段正洞初期支護(hù)參數(shù)

1號斜井正洞DK501+930～DK501+970段40 m和2號斜井正洞DK504+380～DK501+420段40 m均采用I22a型鋼鋼架全環(huán)支護(hù)系統(tǒng),間距0.6 m/榀,噴射C30混凝土厚度28 cm,φ8 mm鋼筋網(wǎng)片,網(wǎng)格間距20 cm×20 cm,拱部設(shè)置φ25 mm中空注漿錨桿,每根長度為4 m,邊墻設(shè)置φ22 mm砂漿錨桿,長度4 m,錨桿間距為1 m×1 m，梅花形布設(shè)[1]。

(3)輔助措施施工參數(shù)

輔助措施主要是在斜井與正洞交匯處和挑頂開挖時(shí)在初期支護(hù)鋼架下施作的臨時(shí)棚洞。交匯處采用I22a型鋼鋼架2榀合并焊接,棚柱腳底、頂部橫撐處連接處均采用φ42 mm長度為4 m的鎖腳錨管固定,每處不少于2根,并注1：1水泥漿液；挑頂處初支下部臨時(shí)棚架立柱和橫撐均采用I20型鋼鋼架,間距為1 m。

3 施工順序及控制技術(shù)

3.1 斜井井身至交匯段施工

(1)在斜井井身施工至距與正洞限界輪廓線10 m扇形段時(shí),拱墻采用I18型鋼鋼架進(jìn)行支護(hù),間距0.6～1 m /榀,斜井左側(cè)為0.6 m/榀,右側(cè)為1 m/榀,每處拱腳處設(shè)置φ42 mm鎖腳錨管2根,長度4 m,并注1：1水泥漿液。

(2)待施工至斜井與正洞交匯處時(shí),斜井緊貼正洞開挖輪廓線位置,形成挑頂施工工作面棚洞門(圖3),寬度為3 m,高為斜井高度,棚洞門立柱采用2榀I22a型鋼鋼架(密貼),鋼架與正洞中心線平行。在此型鋼鋼架上焊接2榀I22a型鋼橫梁,并在橫梁兩端用螺栓連接,橫梁加強(qiáng)系統(tǒng)錨桿和鎖腳錨桿設(shè)置。

圖3 臨時(shí)棚架與初支鋼架支護(hù)關(guān)系立面(單位：m)

3.2 挑頂開挖及支護(hù)

(1)交匯處棚洞門穩(wěn)定后,采用弱爆破法進(jìn)行開挖,開挖半徑在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上線性放大22 cm，作為預(yù)留變形量或應(yīng)急增補(bǔ)鋼架支護(hù)系統(tǒng),開挖線沿著正洞拱頂開挖輪廓線施工,開挖進(jìn)尺為3 m左右,渣土采用小型挖掘機(jī)配合汽車外運(yùn)。

(2)開挖找頂、危巖處理完畢后,架立I22a初期支護(hù)鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片、系統(tǒng)錨桿、連接鋼等,拱架單位長度要根據(jù)開挖進(jìn)尺進(jìn)行靈活調(diào)整,間距為0.6 m/榀,一端搭接在交匯處的棚架門上,連接處做好鎖腳錨桿。然后在下部采用棚洞門架支撐對初期支護(hù)作為臨時(shí)支撐,臨時(shí)棚架采用I20型鋼,間距為1 m,寬度為開挖導(dǎo)坑寬度,高度根據(jù)挑頂坡度、正洞弧線、導(dǎo)坑坡度綜合計(jì)算。

(3)以上固定工作完成后再噴射C30混凝土,噴射厚度只要求覆蓋初期支護(hù)鋼架表面即可。通過以上工序進(jìn)行循環(huán)施工至左邊正洞拱腳處。通過監(jiān)控量測和現(xiàn)場支護(hù)質(zhì)量來分析穩(wěn)定性狀態(tài),逐步拆除挑頂段的臨時(shí)棚架,再覆噴初期支護(hù)表面,密切觀察圍巖變形狀態(tài),如圍巖產(chǎn)生變形突變或其他安全隱患狀況時(shí),在挑頂段增設(shè)初期支護(hù)拱架,并做好鎖腳噴錨措施,確保萬無一失。

3.3 正洞工序轉(zhuǎn)換及調(diào)整

挑頂段完成后已形成作業(yè)面,先向昆明方面一側(cè)進(jìn)行施工,采用三臺階法短臺階控制,盡快閉合支護(hù)系統(tǒng),穩(wěn)步推進(jìn),待形成一定的工作空間后再向長沙方向進(jìn)行施工,并及時(shí)快速地做好二次襯砌,確保交叉段安全穩(wěn)定。

4 總結(jié)及建議

(1)施工過程中一定要在斜井洞身、交匯處門架、正洞洞頂?shù)让舾械囟味嗖贾帽O(jiān)控量測點(diǎn),加強(qiáng)監(jiān)測頻率、收集監(jiān)測數(shù)據(jù),及時(shí)分析和掌握圍巖應(yīng)力變形情況和支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)施工時(shí)密切觀察圍巖地質(zhì)條件,尤其是節(jié)理、層理的走向,應(yīng)力釋放方向,做好綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,觀察圍巖的穩(wěn)定性狀態(tài)和地質(zhì)狀態(tài)[10]。

(3)斜井與正洞交匯處的工序轉(zhuǎn)換頻繁,作業(yè)空間小,矩形洞門圍巖穩(wěn)定性較差,特別是棱角處圍巖應(yīng)力較集中,容易發(fā)生坍塌事故,初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)構(gòu)件連接點(diǎn)多,確保單元接點(diǎn)和鎖腳錨桿施工質(zhì)量。

(4)交叉段開挖方式要根據(jù)地質(zhì)圍巖條件合理選擇,一般采用弱爆破法,人工風(fēng)鎬輔助,盡量使開挖過程中減少對圍巖的擾動。

(5)各工序轉(zhuǎn)換調(diào)整正常后,及時(shí)做好斜井與正洞交叉段的斜井井身和正洞襯砌的施作。

(6)大斷面隧道在斜井至正洞由小斷面向大斷面的突變施工的方法有很多,本法是實(shí)現(xiàn)安全、高效、快速、經(jīng)濟(jì)施工目的方案之一。

[1] 中國中鐵二院集團(tuán)有限公司.棟梁坡隧道斜井設(shè)計(jì)圖[Z].成都：中國中鐵二院集團(tuán)有限公司,2010．

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2010]241號 高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].北京：中國鐵道出版社,2010．

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB10753—2010 高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國鐵道出版社,2010．

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2010．

[5] 王夢恕,等.中國隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2010．

[6] 鐵道部第二工程局.隧道(上)[M].北京:中國鐵道出版社,2003．

[7] 鐵道部第二工程局.隧道(下)[M].北京:中國鐵道出版社,2003．

[8] 錢兵.烏鞘嶺隧道3號斜井快速施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2004(6)：77-78．

[9] 閆志剛.鷹鷂山隧道斜井進(jìn)正洞挑頂施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2009(11)：47-48．

[10] 李海清,等.泥巴山隧道斜井洞口段施工過程三維數(shù)值分析[J].鐵道建筑,2009(8)：55-58.