地下風機房與風道交叉口段四連拱隧道施工技術

楊秀文

(中鐵十二局集團第二工程有限責任公司，山西太原 030012)

1 工程概況

長平高速公路是新建長治至安陽高速公路中山西省境內管段，其中虹梯關隧道設計為雙行四車道分離式單洞，單洞全長13 km。出于運營通風考慮，在隧道線路右側設置四個通風斜井及兩個地下風機房。

虹梯關隧道輔助通風巷道的地下風機房具有斷面多、跨度大、結構復雜、洞室交叉多、群洞效應明顯的特點。施工難度極大，安全風險非常高。

地下風機房洞室群主要由排風道，送風道，運輸通道，避難通道，檢修通道，風機房及配電工作室組成。其1號地下風機房和1號，2號斜井及正洞左右線關系平面布置詳圖見圖1。

圖1 1號地下風機房和1號，2號斜井及正洞左右線關系平面布置圖

在該布置結構中，施工的重難點在四條風道與風機房的八個交叉口段落的四連拱隧道。由風機房算起，向兩側風道展開，四連拱隧道的設計結構型式分別為SC1-8型襯砌段，長2 m，結構斷面為連拱型同一斷面;SC1-9型襯砌段，長6m，結構斷面為連拱型喇叭口變截面斷面;SC1-10型襯砌段，長6 m，結構斷面為小凈距型喇叭口變截面斷面。

2 四條風道與風機房的八個交叉口段落的四連拱隧道設計情況

設計1號，2號通風斜井由送排風道進入正洞需穿越1號地下風機房，在風道與地下風機房相交處(JC1-6交叉口)為四連拱及小凈距隧道(SC1-8，SC1-9，SC1-10型襯砌斷面)。

設計SC1-10型襯砌段為小凈距隧道，長度2×6．0 m，1號送排風道采用Ⅰ14型鋼拱架、系統錨桿、錨噴網支護;2號送排風道采用打設系統錨桿、鋪設鋼筋網、噴射混凝土支護。

SC1-9型襯砌段設計為四連拱隧道，長度2×6．0 m，1號，2號送風道間中隔墻寬度由4．475 m漸變為2．0 m;2號送排風道間中隔墻寬度由3．85 m漸變為2．0 m;1號送排風道間中隔墻寬度由5．25 m漸變為2．0 m。2號送排風道拱部采用Ⅰ14型鋼拱架支護，1號送排風道采用Ⅰ18型鋼拱架支護，風道間拱架拱腳全部支撐于中隔墻上。

SC1-8型襯砌段設計同樣為四連拱隧道，長度2×2．0 m，風道間中隔墻寬度均為2．0 m，1號送排風道拱部采用Ⅰ18型鋼拱架支護;2號送排風道拱部采用Ⅰ14型鋼拱架支護，拱架拱腳全部支撐于中隔墻上。

3 施工開挖順序

開挖穿越SC1-8，SC1-9，SC1-10型襯砌段是該項工程施工的關鍵環節，也是安全控制的重點，為保證安全、平穩、快速通過，擬采取以下方法施工:1)首先由1號，2號斜井側按照排風通道斷面進行1號，2號排風道開挖支護至SC1-10斷面，然后進行SC1-10，SC1-9，SC1-8型三斷面間變截面襯砌斷面開挖支護;在SC1-8型襯砌斷面開挖支護完成后，由1號排風道進行挑頂施工地下風機房，形成地下風機房拱部開挖支護斷面后，沿風機房中線向風機房兩端進行地下風機房開挖及支護施工。2號排風道在SC1-8型襯砌斷面開挖支護完成后，按該斷面尺寸穿越風機房，進行對面SC1-8，SC1-9，SC1-10型三斷面間變截面襯砌斷面開挖支護;在SC1-10型襯砌斷面施工完成后，進入2號排風通道正常斷面施工，并與正洞左線盡早貫通。在地下風機房開挖及支護施工完成后，也實現了1號，2號斜井在風機房內連通的目標。1號，2號斜井與正洞左線通過風機房實現連通，將為風機房后續工作的安全施工創造有利條件。2)風機房襯砌斷面開挖支護完成后，加緊進行運輸通道開挖支護，盡早實現運輸通道貫通主線的目標，以利于風機房施工安全及材料運輸的便利。3)運輸通道與主線左洞貫通后，澆筑1號，2號排風道SC1-8，SC1-9，SC1-10型三斷面間變截面二次襯砌，然后中導洞法開挖支護1號，2號送風道SC1-8，SC1-9，SC1-10型三斷面間變截面襯砌斷面，施作二次襯砌。4)1號，2號排送風通道完成后，進行避難通道、檢修通道及配電室施工。

4 具體施工方法、工藝

設計SC1-10型襯砌段為小凈距隧道，SC1-9型襯砌段為四連拱變截面隧道，同時為方便施工，施工時將按照相應排送風道開挖斷面進行開挖，待開挖完四連拱中導洞后進行SC1-8，SC1-9，SC1-10型襯砌段擴挖成型施工。

四連拱隧道段1號，2號送排風道，采取以下施工方法:

設計連拱隧道之間為整體式中隔墻，施工時將1號，2號送排風道間整體式中隔墻改為疊合式中隔墻，即將1號，2號排風道斷面擴大，并保證相鄰風道在中隔墻處的設計襯砌厚度，同時將1號，2號排風道拱部鋼拱架接長落底，施作錨噴網支護，相鄰風道拱部鋼拱架搭接支撐于1號，2號排風道初期支護內鋼拱架上，拱腳設置連接鋼板與之連接牢固。1號，2號送風道仍按照設計施工方案中導洞法開挖支護。

因四連拱隧道受力復雜，施工時在原設計基礎上增設初期支護仰拱及襯砌仰拱，封閉成環，以保證洞身結構的安全、穩定。

調整后襯砌支護參數:

1)初期支護內型鋼拱架1號排風道由原設計Ⅰ18工字鋼改為Ⅰ20b工字鋼，2號排風道由原設計Ⅰ14工字鋼改為Ⅰ18工字鋼，縱向間距均由原設計1．0 m調整為0．6 m;噴射混凝土厚度1號排風道為26 cm，2號排風道24 cm。

2)原設計φ22砂漿錨桿均改為D25中空注漿錨桿，1號送排風道錨桿每根長度4．0 m，2號送排風道錨桿每根長度3．5 m，間距均為60 cm×100 cm。

3)增設初期支護仰拱及襯砌仰拱，仰拱內鋼拱架1號排風道采用Ⅰ20b工字鋼，2號排風道采用Ⅰ18工字鋼;襯砌仰拱厚度1號送排風道55 cm，2號送排風道45 cm。

4)將1號，2號送排風道間中隔墻墻身加高，基礎加深，初期支護內仰拱鋼拱架支撐于中隔墻基礎兩端，并在基礎內預埋鋼板與鋼拱架焊接牢固。

5)將1號，2號排風道位于中隔墻一側拱部鋼拱架接長落底，縱向間距60 cm，噴射混凝土厚度1號排風道26 cm，2號排風道24 cm。

6)二次襯砌按照調整后斷面施工，內部凈空尺寸符合設計要求，襯砌鋼筋在拱部、邊墻和仰拱內全環布設，鋼筋直徑、規格、間距均維持原設計。

7)超前支護1號排風道采用φ42 mm×4 mm無縫鋼管，每根長4．0 m，環向間距35 cm，縱向每1．2 m一排，沿拱部環向布設;4號排風道采用φ42 mm×4 mm無縫鋼管，每根長3．5 m，環向間距35 cm，縱向每1．2 m一排，沿拱部環向布設。注漿采用水泥單液漿。

中導洞法施工工藝。中導洞法施工1號，2號送風道SC1-8，SC1-9，SC1-10型襯砌段。具體施工方法及工藝如圖2所示。

圖2 1號，2號送風道中導洞法施工步序圖

1)Ⅰ:開挖中導洞，架立鋼架，打設系統錨桿，鋪設鋼筋網，噴射混凝土完成支護，立模澆筑中隔墻混凝土;2)Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ:施加中隔墻橫向臨時支撐，并將中隔墻頂部與圍巖間空隙用混凝土回填密實，然后進行2號送風道開挖，架立鋼架，施作錨噴網支護;3)Ⅴ:開挖2號送風道仰拱，架立鋼架，施作錨噴網支護;4)Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ，Ⅸ:1號送風道一側開挖，架立鋼架，周邊錨噴網支護。

1號，2號送風道開挖支護完成后，破除中導洞臨時支護及臨時中隔墻和臨時仰拱，施作1號，2號送風道二次襯砌。

中導洞設計采用直墻加半圓拱斷面，凈寬6．6 m，凈高6．316 m，初期支護采用Ⅰ14型鋼拱架，縱向間距為0．8 m，采用φ22鋼筋連接，連接鋼筋環向間距為1．0 m;在拱部、邊墻部位打設D25中空注漿錨桿，每根長度3．0 m，間距為100 cm×80 cm，梅花形布置;拱架與巖面間鋪設φ8鋼筋網，網格尺寸為20 cm×20 cm，20 cm厚C20噴射混凝土(見圖3)。

圖3 連拱隧道中導洞支護斷面圖

因1號，2號送風道開挖支護需前后錯開施工，由于左右兩洞的不對稱施工，以及爆破的震動，分步施工的反復擾動，通過左右洞的初期支護將壓力傳遞到中墻，易造成中墻受力的不平衡。當中墻不能抵抗這種單側推力而發生較大位移時，將會引起拱部支護開裂失穩，為確保中墻的穩定，必須采取以下防范措施:

1)合理組織施工工序，作好控制爆破及控制進尺，每循環進尺控制在0．8 m，以減小對圍巖的擾動。

2)1號，2號送風道開挖前，在中墻混凝土澆筑完成并達到設計強度后，及時將中墻頂部與圍巖之間的空隙用混凝土回填密實，并采用Ⅰ20工字鋼對后開挖一側施加中隔墻橫向臨時支撐，以確保中隔墻穩定，橫向臨時支撐上下共設四道，間距92 cm，縱向間距為1．0 m(見圖4)。

圖4 連拱隧道中隔墻兩側橫向臨時支撐圖

虹梯關隧道輔助通風巷道的地下風機房系統從2012年3月開始施工，至2013年3月結束，由于施工開挖順序安排合理，具體施工方法、工藝符合實際施工情況，安全快速的完成了風道與風機房交叉地段復雜結構的施工，從而實現了該工程整體安全高效、保證施工質量的完成施工任務。

［1］劉運微，賈勛濤，康寶龍．隧道淺埋不良地質段施工方法的優化［J］．山西建筑，2012，38(31):184-185．