雙洞單線隧道斜井進正洞挑頂施工技術

石 雷

(寧波市軌道交通集團有限公司，浙江寧波 315000)

雙洞單線隧道斜井進正洞挑頂施工技術

石 雷

(寧波市軌道交通集團有限公司，浙江寧波 315000)

結合燕山隧道2號斜井與正洞交叉口處的施工實例，介紹雙車道斜井(橫斷面58.97 m2)進雙洞單線隧道的挑頂施工技術。在充分了解地質條件的基礎上，制定了詳細的超前支護、監控量測和開挖施工方案。重點闡述進正洞的施工方法，對施工經驗進行總結，可供同類工程參考。

隧道 斜井 挑頂 副聯通道 施工

目前，國內長大隧道施工基本采取設置若干個斜井，增加工作面的方式施工。燕山隧道2號斜井承擔正洞施工任務量比較大，進正洞采用斜井和副聯雙聯進洞(原設計沒有副聯通道)，使斜井底部兩交叉口形成循環通道，提高洞內運輸能力，提高施工效率，縮短工程工期。斜井和副聯通道與車行橫通道設計在同一處，在隧道內形成挑高方式的“十”字形式。兩個交叉地段圍巖受力復雜，施工技術難度大，斜井向正洞轉換往往是施工中的重點、難點。

1 工程概況

1.1 工程概況

燕山隧道位于河北省張家口市境內，隧道起迄里程為改DK52+953～改DK74+106(右線改YDK53+960～改YDK74+114)，全隧長21 153 m(右線長21 154 m)，為雙洞單線隧道，是張唐鐵路的控制性工程。全隧共設置7座雙車道斜井，其中2號斜井設計為永久斜井，運營時作為通風、反坡排水、應急救援等通道使用，施工期承擔正洞左線3 012 m和右線2 988 m的施工任務。

斜井全長1850 m，最大坡度9.6%，平均坡度為8.85%，凈空為8.41 m(寬)×6.33 m(高)，與正洞45°斜交，交與右線正洞YDK59+233.81處；并在井身2斜01+34.33處開副聯通道，全長47.08 m，與正洞59°斜交，交與右線正洞YDK59+167.88處。斜井井身、主副聯通道進正洞交叉口平面如圖1所示。

圖1 交叉口處平面

1.2 設計圍巖情況

斜井與正洞、副聯與正洞交叉斷范圍內設計為Ⅳ級圍巖，巖性為安山巖，弱風化，節理裂隙發育，呈塊狀—碎塊狀結構。左側破碎嚴重，有掉塊，右側巖體整體性較好。

1.3 設計支護情況

設計上，斜井與正洞、副聯與正洞交叉口斷支護結構采取加強措施：

①斜井與正洞、副聯與正洞連接段 30 m 范圍內采用雙車道斜井Ⅴ級圍巖復合式襯砌結構。

②正洞在其與斜井交叉點段60 m 范圍內考慮采用降低一級圍巖復合式襯砌結構。

斜井交叉口段、副聯交叉口段、正洞交叉口段加強支護見表1，表2，表3。

表1 斜井交叉口段加強支護參數

表2 副聯通道交叉口段加強支護參數

表3 正洞交叉口段加強支護參數

2 施工方案

斜井井身開挖至2斜01+34.33處時，在隧道的左側開副聯絡通道開口5 m處采用上下臺階法開挖，后37.08 m采用全斷面法開挖。當斜井、副聯兩個施工面接近右線正洞相交里程時，逐漸抬高斜井、副聯拱頂高程，采用棚洞進入右線正洞，待斜井、副聯施工至正洞拱頂后，按正洞頂高程按平坡形式開挖施工至正洞外側上臺階拱腳位置；利用棚洞空間在一側先施做正洞上臺階初期支護，待正洞初期支護達到設計強度后，拆除棚洞一側的臨時支護，沿正洞線路按設計開挖和支護參數施工正洞上臺階，施工正洞15 m后停止開挖掘進，采取噴射混凝土形式封閉工作面；拆除棚洞另一側臨時支護，按照正洞線路另一側開挖施工15 m，采取噴射混凝土形式封閉工作面，形成正洞作業空間后，按設計擴挖臨時支護達到正洞標準斷面。

在進入隧道正洞初期，開挖采取短臺階法開挖，待右線隧道形成施工面后，橫通道施工按照全斷面法開挖施工，橫通道與左線90°相交，橫通道開挖施工至接近與隧道左線正洞相交里程處，采用斜井進右線正洞的施工方法施工，形成左線正洞正常施工作業面。

3 施工方法

3.1 斜井分口處加固施工

2號斜井井身施工至2斜01+34.33處時，在隧道的左側施工副聯絡通道，采取上下臺階法開挖。01+34.33分口處斷面較大，開挖施工存在較大安全風險。在分口處拱頂130°范圍內，沿開挖輪廓線提前施做長5 m、間距30 cm的超前錨管，開挖支護形式采取并立5榀Ⅰ16異型拱架加強鋼拱架形式，確保分支斷面交接處圍巖穩定。同時，施工期間加強監控量測頻率，通過監控數據有效指導施工(見圖2)。

圖2 副聯分叉口加強平面

3.2 斜井進入正洞處加固施工

施工至1斜0+03時，斜井頂部以30%的坡度開始抬高，拱架相應接長。考慮2號斜井與正洞斜交角度45°角，開挖進入正洞處的應力極為復雜，施工到2斜00+05時，開始立4榀異型Ⅰ16a型鋼加強支護，在斜井與右線隧道相交處立3榀Ⅰ18a型鋼加強支護(見圖3)。

圖3 正洞、斜井、橫通道拱架

在立好的型鋼鋼架上焊接I18a型鋼橫梁，并在橫梁兩端螺栓連接I18a型鋼立柱，為正洞鋼架提供落腳平臺(見圖4)。在此處安裝正洞鋼架時，用I18a型鋼斜梁代替正洞的B單元鋼架，用I18a型鋼立柱代替正洞的C單元、D單元鋼架(見圖5)。仰拱鋼架連接在斜井底板的預埋I18a型鋼上。

圖4 斜井挑頂進正洞側面

圖5 斜井挑頂進正洞立面

3.3 交叉口模筑襯砌

在棚洞爬坡進入正洞一段距離后(形成交叉口模筑襯砌空間后)，及時對斜井交叉口往斜井口方向20 m范圍內施做二次襯砌，厚度0.35 m，交叉口段平行于線路中線，緊貼加強環關堵頭模板。二襯達到設計強度后拆模，形成對交叉口處圍巖三維受力的有效支護。

3.4 斜井進入正洞內的棚洞施工

棚洞設計凈寬4 m(見圖6)。支護參數為：采用I18a型鋼鋼架，鋼架間距0.8 m，鋼拱架之間采用Φ22鋼筋連接，環向間距1.0 m，采用Φ22砂漿錨桿，長度3.0 m，間距1.2 m×1.2 m，梅花形布置；采用4根Φ42鎖腳錨管，長度為3 m，φ8×φ8鋼筋網，網格間距20 cm×20 cm；噴射C25混凝土，厚度25 cm。 支護施工中要嚴格按施工指南操作，保證施工質量。

采用棚洞空間進入正洞開挖施工，棚洞斷面和支護參數視圍巖情況進行調整，棚洞開挖預留一定沉落量厚度，待棚洞開挖至正洞邊墻處，在棚洞內正洞上臺階初期支護的架設4榀鋼拱架并連接，沿隧道正洞方向，拆除棚架一側的臨時支護，沿正洞方向按正洞Ⅳ級圍巖開挖方法和支護參數施工上部弧形導坑。開挖施工15 m后，噴射混凝土臨時封閉工作面，暫停該方向開挖施工。然后拆除棚架另一側的臨時支護，按正洞Ⅳ級圍巖開挖方法和支護參數施工上部弧形導坑。沿正洞方向開挖施工15 m后，暫停該方向開挖，并噴射混凝土封閉工作面(如圖7)。

3.5 下臺階開挖

上臺階開挖完成后進行下臺階開挖。下臺階開挖時，先從棚洞位置開挖到墻腳，及時落底開挖到隧底，進行仰拱支護，及時完成仰拱，便于后序施工。然后向一側方 向開挖仰拱，施做仰拱，確保三角區初期支護與仰拱盡早成環。

3.6 橫通道開挖

右線隧道正式成為施工面后，采用全斷面法開挖橫通道，橫通道與左線90°相交。橫通道剛開口時圍巖不穩定，在右線隧道和橫通道交叉口處立Ⅰ18型鋼拱架，加強圍巖的穩定性。

3.7 橫通道進正洞

橫通道開挖至接近左線正洞相交里程時，采用斜井進右線的方法，使左線形成施工面。

3.8 副聯通道進正洞

副聯絡通道斷面與斜井的斷面一致，因此副聯絡通道的進正洞的施工方法與斜井進正洞的施工方法一致，在此不再具體介紹。

4 監控量測措施

現場監控量測是隧道施工的重要組成部分，通過現場量測掌握圍巖和支護的動態，指導施工預報險情，確保安全，進行日常的施工管理。監控量測項目及頻率見表4。

圖7 施工工序順序

表4 監控量測項目及頻率

4.1 量測點布置

由于設置主副聯通道進入正洞挑頂，且斜井分口處及主副聯通道與正洞交口處圍巖不穩定，必須要做好斜井分口處及主副聯通道與正洞交叉口處的監控量測工作。現場在副聯通道、主聯通道以及隧道正洞每5 m埋設一個拱頂下沉觀測點、兩組周邊收斂觀測點，嚴格按照量測頻率進行觀測，并對數據進行整理分析，及時反饋指導施工(如圖8所示)。

圖8 量測點布置示意

4.2 量測結束標準根據收斂速度判別

一般地段：收斂速度>5 mm/d時，圍巖處于急劇變化狀態，加強初期支護系統。收斂速度<0.2 mm/d時，圍巖基本達到穩定。

淺埋地段：加強初期支護強度和剛度，嚴格控制過大變形。

各量測項目持續到變形基本穩定后2周結束，軟弱圍巖大變形地段位移長時間不能穩定時，延長量測時間。

4.3 洞內測點布置注意事項

(1)測點的安設應能保證初讀數在爆破24 h內和下一循環爆破前完成，并測取初讀數。

(2)測點應安設在距開挖面2 m范圍內，且不大于一個循環進尺，并應細心保護，不受下一循環爆破的破壞。

(3)各項位移的測點，一般布置在同一斷面內，測點統一在一起，測設結果應能互相印證，協同分析及應用。

5 施工注意事項

5.1 開挖施工注意事項

(1)開挖要做到隨挖隨撐，及時施做初期支護，封閉成環，同時加強圍巖變形及沉降監控量測工作，根據量測數據分析圍巖及初支的穩定情況，確保支護措施安全有效。

(2)斜井與正洞工作面施工時，安排專人值班，隨時觀察圍巖及支護狀態的穩定性，發現危險情況時及時采取有效應急加強措施。

(3)隧道開挖時不得欠挖和超挖，超、欠挖處必須及時按照設計尺寸進行處理，不得留有虛渣。

5.2 支護施工注意事項

(1)噴射混凝土應在開挖后及時實施。

(2)噴射混凝土施工時應按照噴射混凝土作業指導書要求分段、分片、分層，由下而上順序進行施工，確保噴射面平順。

(3)外加劑及水泥的配比嚴格按試驗參數進行。

(4)鋼架架設在初噴后及時架設，鋼架安裝前應清除拱腳處的虛渣和雜物，必要時在拱腳處墊設預制混凝土塊或鋼板，確保拱架按設計位置架設和拱腳處的穩定。

6 施工效果

燕山隧道2號斜井采用雙聯進洞的施工方法，使斜井底部兩交叉口形成循環通道，提高洞內運輸能力，縮短了工程工期。采用棚洞挑頂施工，在進洞期間雖然施工速度較慢，但交叉口處的安全質量得到了保證，說明采用此方法進洞挑頂施工技術是成功的。

7 結論

斜井挑頂設計到斜井和正洞兩個構造物，挑頂處圍巖受力復雜。因此，制定挑頂方案時，一定要以“穩”為主，初期支護寧強勿弱，開挖盡量采用弱爆破或不爆破，在確保安全的前提下再追求進度。通過燕山隧道2號斜井挑頂施工實踐，“超前支護、分步開挖、加強支護、隨挖隨護、及時封閉，加強監測”的挑頂方案是合理的。

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SHI Lei

2014-08-01

石 雷(1980—)，男，畢業于西南科技大學土木工程專業，工程師。

1672-7479(2014)05-0088-05

U455

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