杭黃高鐵天目山隧道斜井挑頂施工方案經濟比選

萬巖

(中鐵隧道集團一處有限公司)

杭黃高鐵天目山隧道斜井挑頂施工方案經濟比選

萬巖

(中鐵隧道集團一處有限公司)

通過對杭黃高鐵天目山隧道斜井進正洞挑頂施工方案的分析，從安全、工期、經濟三個方面對方案的優化、比選，最終確定了一個較為經濟的施工方案，為相似工程積累了經驗。

隧道斜井;挑頂開挖;優化設計

隨著國家鐵路“十三五”發展規劃的確定，中國鐵路的發展，已逐步由“普通列車”走向“高鐵時代”。而隧道工程則是鐵路土建工程的重點，近些年來頻繁出現長大隧道成為制約高鐵修建工期的關鍵因素。為保證工期多采用橫洞、斜井、平行導坑等輔助導坑來增加作業面以實現長隧短打。而斜井與正洞交叉口處挑頂施工方案已日趨成熟，如何能夠經濟、安全、快速度完成挑頂施工成為目前研究的關鍵。

1 工程概況

新建杭黃鐵路天目山隧道為雙線鐵路隧道設計時速250 km/h，全長12 013 m，為全線重要控制性工程之一。隧道設置斜井3座橫洞1座。聞家斜井為天目山隧道2#斜井位于線路前進方向左側，與線路相交于DK206+400里程處，與線路小里程方向夾角為37°48'52″，斜井綜合坡度為9.14%采用無軌運輸，斜井全長1 595 m。斜井井底與正洞交叉口處埋深約310 m，交叉處均為Ⅲ級圍巖，巖質為硅質泥巖。

隧道正洞與斜井交叉口處圍巖空間三維受力復雜，為保證施工安全，交叉口DK206+390～DK206+410段支護參數采取降一級支護級別進行加強支護。正洞采用Ⅲc復合式襯砌支護。支護參數為130格柵鋼架，間距1.2 m;B25中空注漿錨桿，長3.0 m，間距環1.2×縱1.5 m，梅花型布置; A6鋼筋網片，拱部設置網格間距25 cm×25 cm;C25噴射混凝土，厚度20 cm。

斜井采用無軌雙車道Ⅳ級圍巖復合式襯砌支護。支護參數為:130格柵鋼架，間距1.0 m;B22砂漿錨桿，長3.0 m，間距環1.2×縱1.2 m，梅花型布置;A6鋼筋網片，拱部設置網格間距20 cm×20 cm;C25噴射混凝土，厚度20 cm。

2.1 方案比選

(1)方案一

在斜井施工至與正洞設計二次襯砌最大跨度相交時，在交匯面處設置I18型鋼門架為正洞鋼架提供落腳平臺。垂直于正洞中線施作導坑，導坑斷面同斜井斷面相同，導坑垂直于正洞中線開挖至正洞洞身右側邊墻，開挖過程中每循環及時施作臨時支護。導坑開挖結束后轉向正洞大里程方向進行開挖，開挖過程中逐步上挑擴挖形成標準正洞斷面，并施做正洞初期支護。待正洞施工一段距離后，轉回處理交叉口處拱頂欠挖并開挖小里程方向開挖。見附圖1:聞家斜井與天目山隧道正洞交叉段施工結構圖。

(2)方案二

在距斜井井底10 m處開始設置漸變段以漸變逐步抬高斜井拱頂標高(起拱線標高相應抬高)，當斜井開挖至正洞中線位置時，斜井拱頂標高恰好為天目山隧道正洞拱頂標高，及時施做初期支護。然后繼續垂直隧道中線開挖，開挖成正洞標準斷面后，及時施做初期支護。然后沿中線方向向大里程開挖，大里程開挖50 m后，開始大小里程同時掘進。

2.2 方案優化比選

(1)安全方面

①方案一

在導坑擴挖到正洞標準斷面前工序較為復雜，爆破頻繁對圍巖擾動較大，且正洞初期支護無法及時封閉，存在較大安全隱患。

②方案二

直接擴挖至正洞標高可及時進行初期支護，初期支護及時封閉成環安全可控。

(2)經濟方面

①方案一

導洞開挖過程中需多次進行臨時支護且需處理拱頂欠挖，材料費、人工費消耗較大，挑頂費用較高。

②方案二

正洞直接擴挖至標準斷面較為方便，工序簡單快速，臨時支護工程量較小，無需進行后期處理較為經濟。

(3)工期方面

①方案一

導洞開挖完成后進行拱部擴挖工序較為繁雜，多次進行臨時支護影響進度，導洞斷面較小無法進行大型機械配套化施工進度影響較大，挑頂工期較長。

②方案二

直接擴挖至正洞拱頂標高工序較為簡單，臨時支護工程量較小，開挖斷面較大方便機械施工，施工進度較快。

通過安全、經濟、進度三個方面比較選擇方案二進行施工。

3 施工方案

3.1 超前地質預報

斜井開挖至底部前施做超前地質預報，采用彈性波反射法(TSP203)預測200 m，探明斜井及正洞交叉口段的水文地質情況，并結合設計圍巖情況提前做好應對措施。

3.2 斜井挑頂進入正洞

在斜井井底X2DK0+015～X2DK0+005段設置漸變段(支護參數進行相應增強，架立異型拱架)，開挖至X2DK0+ 015時將拱頂線逐步上挑，上挑坡度為10.8%。開挖至X2DK0+005時達到正洞開挖輪廓線，繼續垂直于正洞線路方向開挖。開挖至X2DK0+000時達到正洞中線位置同時斜井拱頂標高與正洞拱頂標高達到一致。

3.3 交叉口處支護

斜井與正洞交叉口處受力較為復雜必須加強支護，井底為Ⅲ級圍巖采用Ⅳ級支護參數，于過渡段架立異型130格柵鋼架，間距1.0 m。由于斜井與正洞夾角為38°，在漸變段安裝異形拱架逐步過渡，最終由最后一榀鋼架(異型拱架)偏立法架立調整到與正洞縱向平行。在斜井施工至與正洞設計二次襯砌最大跨度相交時，在交匯面處設置I18異型鋼架立柱，在此型鋼鋼架上焊接I18型鋼橫梁，并在橫梁兩端螺栓連接I18型鋼立柱，為正洞鋼架提供落腳平臺。于I18異型鋼架立柱施作長4.0 m，φ50鎖腳錨管及長3.5 m，φ22錨桿(間距1.0 m)，并與橫梁、立柱焊接在一起，按設計厚度噴射混凝土。

3.4 正洞擴挖至標準斷面

斜井開挖至X2DK0+005后，開始正洞段挑頂施工，每循環進尺2.0 m，及時進行錨噴支護。開挖至X2DK0+000時達到正洞中線位置，繼續擴挖直至形成正洞標準斷面。開挖完成后及時施做交叉口正洞段初期支護架立130格柵鋼架間距1.2 m。沿線路方向左側拱腳立于I18型鋼橫梁上并焊接牢固打設鎖腳錨管。拱腳架立完成后及時噴射C25混凝土封閉成環保證施工安全。

3.5 正洞臺階法施工

交叉口處正洞初期支護封閉成環后立即轉向正洞大里程方向開始臺階法施工，當上臺階掌子面開挖一定距離后，進行下臺階開挖，保證臺階長度。待大里程方向開挖支護施工50 m時開始施工杭州方向。同時全幅施工正洞仰拱，仰拱開挖后要保證車輛通行條件，采用移動式棧橋通過，以不影響掌子面施工。

3.6 監控量測

監控量測是是觀測圍巖變形最為直觀的一種手段，為確保施工安全及時進行量測十分必要。在交叉口初期支護完成后及時布設量測點。觀測拱頂下沉及周邊收斂以確保安全施工。

3.7 人員、機械、材料配備

4 總結

按照此方案施工現場已順利安全的完成挑頂施工，監控量測數據表明，拱頂累計最近沉降量15 mm，周邊累計最大收斂10 mm，表明初期支護及時封閉成環有效的控制了圍巖變形，現場施工安全可靠。

序號 工種 人數(人)備注1開挖工10 2支護班 10 3噴漿工 3 4電焊工 1 5炮工 1 6領工員1

序號 材料名稱 規格型號 數量1鋼筋 φ8 32 mm 6.3 t 0.15 t 2鋼筋 φ14 2.67 t 3鋼筋 Φ22 18.43 t 4角鋼 125×80×10 1.18 5鋼板 16 mm 0.25 6無縫鋼管 φ50×3.5 7.64 7工字鋼 I18 0.58 t 8中空錨桿 φ25 2 415 m 9水泥 P.42.5 654.1 t

據統計現場僅用15 d即挑頂段施工，進度大大提高有效的縮短了工期。

綜上所述，此方案即能保證隧道安全施工又能有效縮短挑頂工期加快施工進度。

［1］ 朱永全，宋玉香.隧道工程［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］ 關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［3］ 歐陽院平.高速鐵路大斷面黃土隧道施工數值模擬［D］.成都:西南交通大學，2006.

［4］ 楊延勇.軟弱圍巖隧道斜井轉正洞設計與施工技術［J］－鐵道標準設計，2013，(1).

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