淺談西成客運專線斜井進正洞挑頂開挖施工

張 濤， 王 會 年， 楊 芳

(中國水利水電第五工程局有限公司 第二分局，四川 成都 610225)

1 工程概述

西成客運專線福仁山隧道全長13 101.55 m，1#斜井全長1 822 m，隧道范圍內平均高程1 200 m，最高高程1 634.1 m。洞身地表起伏較大，地表自然坡度為30°～40°，分布有眾多基巖“V”型侵蝕谷，多為南北向展開，隧道區域山高坡陡，基巖裸露，溝壑縱橫，地形復雜，植被茂密。正洞軌面以上有效凈空面積為92 m2。

該斜井按照臨時工程設計，設計斷面為雙車道，凈空尺寸為7.3 m×6.5 m，采用無軌運輸方式。斜16+92～斜18+22段后期作為防災救援的避難所。斜井與正洞交點里程為DK163+000，交角45°45′29″，進入正洞后承擔福仁山隧道正洞成都、西安雙向施工。福仁山隧道正洞與1#斜井平面關系見圖1。斜井能否安全、快速轉入正洞施工，是確保福仁山隧道總工期目標的關鍵。

圖1 福仁山隧道正洞與1#斜井平面關系示意圖

2 斜井進正洞挑頂施工方案

2.1 斜井與正洞交叉口處的地質情況

斜井與正洞交叉口處的圍巖為弱風化變粒巖夾大理巖。變粒巖為灰色、淺灰色，粒狀結晶結構，塊狀構造，主要礦物為石英、長石、云母等。大理巖為乳白色、灰白色、淺灰色，粒狀變晶結構，塊狀構造，主要礦物為方解石、長石等。巖質堅硬，為Ⅱ類圍巖。

2.2 施工程序

福仁山1#斜井進正洞挑頂采用小導洞法進行施工。1#斜井與正洞相交樁號為DK163+000，斜井中線與正洞中線交角為45°45′29″。當1#斜井施工至與正洞開挖交界后，利用洞渣墊高地面，以坡度10%上坡挑頂至正洞右線中線設計輪廓，開挖計算長度為18 m。隨后繼續以正洞右線中線為導洞中線沿成都方向開挖15 m后，反方向擴挖未達到正洞設計輪廓部分，并對開挖部分按設計要求進行支護。然后從斜井井口向西安端施工，完成西安端上臺階開挖及支護60 m，下臺階開挖支護50 m。此時正洞已形成作業空間，利用此空間進行正洞開挖臺架的組裝。最后向成都及西安方向采用雙向臺階法施工。斜井進正洞平面示意圖見圖2。

2.3 施工步驟

2.3.1 超前地質預報

在斜井進正洞前，為了更好地開展斜井進正洞的挑頂作業，對福仁山隧道1#斜井斜17+92～斜18+22段做了超前地質預報工作。采用常規地質法結合TSP203地質超前預報系統探明斜井與正洞交叉口段圍巖情況與設計報告相吻合。從而對后續施工段的圍巖地質情況做到了心中有數，為下一步施工方案的確定、準備工作的展開提供了依據。

圖2 斜井進正洞平面示意圖

2.3.2 交叉口斜井范圍施工

交叉口(斜井范圍：圖3中所示的ABCD區域)準備進正洞前，單獨設計了10榀異形I16工字鋼架(即圖3中所示的①～⑩)，斜井中線上鋼架間距為97.5 cm，進洞左側鋼架間距為135 cm，右側鋼架間距為60 cm。鋼架扇形布置。

圖3 交叉口處斜井異形鋼拱架示意圖

斜井全斷面開挖至與正洞相交且不侵入正洞二襯范圍處，按圖3所示尺寸進行修整，而后定出托梁、立柱位置。托梁和立柱采用2榀I18工字鋼焊連在一起，并在托梁、立柱內套2榀I18型鋼鋼架作為加強環(即圖3中所示的、異形鋼拱架)。型鋼拱架與托梁立柱之間的連接采用焊接方法，型鋼拱架拱部與托梁之間用I18工字鋼電焊連接，作為支撐。斜井與正洞交叉處的鋼拱架布設情況見圖4。

圖4 斜井與正洞交叉處鋼拱架布設圖

2.3.3 爬坡導洞施工

斜井進入正洞后所處的圍巖為Ⅱ類圍巖，采用全斷面開挖法，開挖方式見圖5。斜井拱頂設計高程為694.768 m，正洞右線中線拱頂設計高程為696.56 m，高差為1.792 m。利用洞渣墊高地面，以坡度10%上坡挑頂至正洞右線中線設計輪廓，開挖計算長度為18 m。完成爬坡后，導洞中線與正洞右線中線重合。

2.3.4 正洞施工

完成爬坡、達到正洞右線中線挑頂位置后，按照8 m導洞寬度繼續向成都端方向開挖15 m，然后反向擴挖以達到上臺階正洞設計輪廓線，拆除導洞臨時支護。

擴挖部分見圖5中的陰影部分。 接下來對正洞成都端下臺階進行正常的開挖。

再由斜井口開始，施作正洞西安方向開挖、支護，待上臺階開挖完成60 m、下臺階開挖完成50 m后，暫停西安方向開挖，在此作業面進行正洞臺架、臺車等設備的組裝工作，然后開始正常的雙向開挖支護。

圖5 斜井進正洞爬坡導洞示意圖

2.4 支護參數的確定

由于斜井進正洞具有一定的交角，而正洞拱架與斜井拱架需要垂直相交才能滿足施工要求。因此，必須對斜井臨近正洞處的拱架進行調整，將斜井鋼架調整至與正洞線路方向平行的位置。為此，對斜井轉入正洞開挖時的初期支護進行了調整。而且由于正洞和斜井交匯處開挖斷面大，屬隧道重要部位，特別對斜井與正洞開挖輪廓線相交寬度為11.8 m的正洞段進行了加強支護。支護參數如下：

(1)斜18+04.53～斜18+16.7段。

斜井鋼架轉化成10榀異形鋼架，如圖3所示，將鋼架慢慢調整至與正洞線路方向平行位置。10榀異形鋼架斜井中線間距為97.5 cm，進洞左側鋼架間距為135 cm，右側鋼架間距為60 cm，呈扇形布置。在斜18+15.25～斜18+15.56處采用2榀I18的型鋼和托梁、立柱并列布置。噴混凝土：C25噴混凝土，厚23 cm；拱墻鋼筋網：φ8鋼筋，網格間距20 cm×20 cm；拱墻錨桿：HRB335鋼，B22全螺紋砂漿錨桿，長3 m，環縱間距為1.2 m×1.2 m；拱墻二襯C30混凝土，厚度為35 cm。

(2)正洞DK162+990.4～163+002.2段。

此段即斜井與正洞開挖輪廓線相交寬度為11.8 m的正洞段。采用異形I18型鋼鋼架進行加強支護，見圖6。鋼架間距為1 m，鋼架一端落底，另一端支撐在斜井托梁上封閉成環。噴混凝土：C25混凝土，厚度為25 cm；拱部錨桿：B25 mm×7 mm普通中空錨桿，長2.5 m，環縱間距為1 m×1.2 m；拱部、邊墻二襯為C30混凝土，厚度為35 cm。

圖6 正洞異形鋼架加強支護圖

此段正洞設立了13榀I18異形鋼架加強支護(圖6)。每榀鋼架由6段工字鋼組成，其中①、②、③、④段工字鋼按照正洞正常設計鋼架加工，⑤、⑥段工字鋼為半徑12 m，弧長3.695 m的異形弧鋼架，異形鋼架于鋼筋加工廠專門加工完成。每榀鋼架6段工字鋼由M24×65螺栓連接，每榀鋼架間距為1 m，設B22HRB335鋼筋連接。I18異形鋼架正洞右側端落底，左側端架設在斜井并列的兩榀I18托梁上，采用焊接連接，從而使斜井與正洞交叉口處的支護封閉成環，形成完整的支護體系，為斜井進正洞施工的安全提供保障。

(3)挑頂導洞段。

由于挑頂導洞施工段圍巖為弱風化變粒巖夾大理巖，巖質堅硬，屬于Ⅱ類圍巖，因此，小導洞采用全斷面開挖，支護參數如下：拱墻噴C25素混凝土，厚5 cm，根據圍巖情況在導洞拱部局部區域設置B25 mm×7 mm普通中空錨桿，錨桿長度為2.5 m，錨桿環向間距為1.2 m，縱向間距為1.5 m，既滿足了施工安全的需要，也減少了導洞擴挖時的工作強度，并最大程度地節約了材料消耗，降低了施工成本，提高了施工效率。

3 結 語

2014年3月9日，福仁山隧道1#斜井進入正洞交叉口施工，根據現場實際情況，采用小導洞法轉入正洞施工，于3月15日完成了挑頂作業，用時7 d。通過優化調整設計參數，采取加強支護等措施，實現了斜井安全、簡便、快速地轉入正洞施工，取得了較好的效果。

參考文獻：

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