橫嶺隧道1號斜井大型設備快速挑頂技術

李 明

（中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京市 101500）

1 工程概況

贛深客專位于京九客專最南端，縱貫贛、粵兩省。橫嶺隧道全長7 875 m，位于廣東省河源市源城區、紫金縣兩地交界，該隧道設有2座斜井。1號斜井設置在隧道右側，為永久救援通道。該斜井與正洞相交于DK275+600，斜井長度519 m，綜合坡度5.96%，采用無軌運輸雙車道，斜井XJDK0+000～+129.08段與線路大里程方向平面交角90°，XJDK0+129.08～+519段與線路大里程方向平面交角61°01′27″，斜井轉彎處采用R=200 m的圓曲線順接。斜井井底設置緩坡80 m，緩坡坡度2%，斜井與正洞斷面最大相交跨度比為9.6 m:14.76 m。

1號斜井井底工程地質位于侏羅系砂巖弱風化地層，因受花崗巖侵入的影響，巖體成混合狀，裂隙稍發育—較發育，巖體較破碎，無地下水；施工圖判斷為Ⅳ級圍巖地質，Ⅴ級復合襯砌結構，初支鋼架Ⅰ20a，間距80 cm，C25初支混凝土厚28 cm，二襯鋼筋混凝土厚度50 cm。

斜井與正洞相交處為三臺階臨時仰拱工法，斜井挑頂進正洞采用臺階法，施工中嘗試了大型機械設備快速進入正洞的做法，取得了較好的經濟效益。

2 技術方案

2.1 挑頂施工單元劃分

施工現場沒有小型挖、裝運碴及濕噴機械設備，若采用以往小斷面挑頂方法，組織笨重的人工扒碴、濕噴作業將非常困難。因此斜井挑頂方案必須依據大型機械設備的作業范圍來確定開挖高度，并將隧道斷面劃分為斜井挑頂進正洞的施工單元：斜井挑頂上臺階按正洞初支鋼架劃分為A、B、C、D單元，E單元施工為正洞中臺階，F單元施工為正洞下臺階及仰拱（見圖1）[1]。

2.2 挑頂進入正洞斷面

采用機械設備挑頂進入正洞施工必須滿足LG230挖掘機進入斜井門架裝碴及臨時支撐門架內扒碴的空間，而且具備HPS3016s濕噴機械手伸入到D單元鋼架處噴射混凝土的條件，還應根據斜井揭示的工程地質及開挖單元長度，確定開挖斷面的寬度（見圖2）。

2.3 斜井口鋼門架設置

為了滿足機械設備的作業高度，避免增加二襯混凝土澆筑時的荷載及回填數量，斜井口鋼門架應適當加高，但A、B單元鋼架不得出現反拱度。通過現場調查及推算，將施工機械設備行走路面設置在正洞中臺階，斜井口鋼門架可加高55 cm[2]。

斜井鋼門架設置3榀Ⅰ22鋼門架，鋼門架內套3榀Ⅰ22a鋼拱架；為了方便斜井門架橫梁的安裝，將橫梁分為3段；斜井鋼門架與斜井格柵鋼架之間設置1榀I 20a鋼架順接。

2.4 挑頂臨時門架措施

安裝正洞初支鋼架時應在鋼架的端頭設置臨時鋼門架，使正洞初支鋼架定位準確，又能防止拱部掉塊。門架立柱底腳要各設置2根42鎖腳小導管，長4 m；門架中間位置的正洞初支鋼架施作2根42超前鎖腳鋼管，長4 m，門架兩端正洞初支鋼架應按隧道安裝施作50鎖腳鋼管，并貼近初支鋼架施作22中空組合錨桿。

2.5 機械設備

施工所用機械設備見表1。

表1 機械設備表

3 施工步序與方法

3.1 施工步序

施工步序流程如下：施工準備→測量放樣→安裝斜井口鋼門架→鉆眼爆破→扒裝運碴→安裝臨時支撐鋼門架→連接正洞初支鋼架→鎖腳錨管→超前小導管→中空錨桿→掛鋼筋網片→噴混凝土→A單元挑項結束→B單元挑項→C單元挑項→D單元挑項→錯開拆除D單元門架接長正洞初支鋼架→錯開拆除C單元門架接長正洞初支鋼架→錯開拆除B單元門架接長正洞初支鋼架→錯開拆除A單元門架接長正洞初支鋼架→挑項正洞上臺階結束→過渡到隧道正洞施工。

3.2 安裝斜井口鋼門架

（1）開挖支護1.6 m，初期支護1榀斜井格柵鋼架和1榀I 20a加高鋼架。

（2）短進尺開挖斜井門架位置，先采用斜井作業臺架安裝3榀斜井門架立柱及鋼拱架，后安裝斜井橫托梁及門架內支撐鋼架。3榀鋼架側面焊接22連接筋，間距1 m，左右側拱腳及拱腰各施作2組2根50鎖腳錨管8根，每根長度4 m[3]。

（3）開挖斜井鋼門架時應預留部分碴體堆放在斜井緩坡道兩側，作為堆墊搭設鉆爆作業臺架及滿足挖掘機、濕噴機械手的作業高度。

3.3 斜井挑頂至正洞上臺階

（1）從斜井鋼門架之下約36°上挑正洞①部A單元鋼架位置，采用50鋼管臨時搭設的作業臺階，鉆爆按2個循環，進尺2.55 m，每個循環均初噴厚4 cm混凝土后及時架立Ⅰ20a臨時支撐門架，門架立柱底腳各施作2根42，長4 m的鎖腳錨管，然后把正洞A單元鋼架逐榀放置在Ⅰ22a斜井門架的托梁上和掌子面Ⅰ20a臨時門架的頂面，采用連接螺栓逐根栓牢焊接，并在初支鋼架的端頭施作42超前鋼管及初支鋼架中間部位施作22中空組合錨桿，鋪掛6鋼筋網片，焊接22連接鋼筋，采用HPS3016s濕噴機械手濕噴混凝土至28 cm。

（2）在A單元初支鋼架的端頭開挖②部B單元鋼架位置，按2個循環開挖支護，進尺3.02 m。②部B單元7榀正洞鋼架與①部A單元正洞初支鋼架對接，開挖斷面及支護方法與①部類同。

（3）C單元鋼架位于隧道頂部，為了防止拱部開挖掉塊，將③部開挖斷面寬度減少到3.5 m，開挖支護仍按2個循環，進尺4.03 m，安裝臨時鋼門架與正洞初支鋼架、錨掛噴支護方法與前單元鋼架相同。

（4）D單元鋼架開挖支護長度4.23 m，位于斜井口對面，為了快速形成正洞上臺階初期支護，將④部開挖斷面寬度調整到2.2 m，先開挖安裝3榀正洞初支鋼架，使正洞上臺階初支鋼架先期閉合。

（5）從斜井對面按D、C、B、A單元鋼架順序，錯開拆除臨時支撐門架，開挖正洞鋼架位置，并接長隧道初支鋼架，完成斜井挑頂中間部位的上臺階初期鋼架支護。

3.4 上臺階隧道初支工藝轉換

（1）當完成斜井口門架正洞上臺階9榀鋼架后，托梁兩端各剩余的3榀正洞初支鋼架是斜井挑頂進入正洞上臺階工藝轉換的過渡段，此時鉆孔、爆破、出碴、立架、錨桿等初期支護工藝均轉向90°施工[4]。

（2）工藝轉換之前要提前焊接適用于隧道上臺階施工的作業臺架，使施工人員在作業臺架上進行鉆孔、裝藥、立架、掛網、施作超前錨管和中空錨桿等工序的施工。

（3）施工中如挖裝運機械車輛及濕噴機械手不能滿足作業位置時，可將多余碴體外運，但必須留有坡道，為機械設備進退作業創造便利條件。

（4）在工藝轉換過渡段內不得同時進行正反方向的開挖支護，每循環開挖不得超過1榀鋼架。當開挖支護離開斜井口鋼門架之后，按Ⅳ級圍巖每循環進尺2榀的要求施工。

（5）上臺階開挖5 m后可進行中臺階E鋼架的開挖支護，中臺階開挖支護7 m后，可進行下臺階F鋼架的開挖支護。當正洞下臺階距斜井與正洞交點35 m時，應進行斜井口正洞仰拱及填充的施工。

4 監控量測

斜井挑頂進入正洞的監控量測點自門架支立挑頂起開始設置，并沿斜井與正洞交點中線位置埋設。其中斜井口拱頂和正洞拱頂各設置1個拱頂下沉點，斜井口邊拱和上臺階拱腰各設置1條水平收斂點；當斜井挑頂進入正洞斷面后，分別在距斜井與正洞交點正反方向5 m處各設置1條監控量測點，見圖3[5]。

圖3 斜井挑頂量測點布置示意圖

斜井挑頂轉入正洞開挖后應盡早進行檢控量測，初讀數應在開挖后12 h內讀數，最遲應不大于24 h，而且在下一循環開挖前完成讀數。變形控制速率見表2。

表2 變形控制速率

在斜井挑頂進正洞施工中，如圍巖量測數據超過表2變形速率時，應及時分析原因，采取多種新奧法及礦山法措施進行加固處理。

5 結語

橫嶺隧道1號斜井挑頂采用架子隊現有LG230挖掘機、ZLC50C裝載機、HPS3016s濕噴機械手等機械設備施工，從9月26日開始安裝斜井門架，到10月1日完成正洞上臺階初支鋼架，從斜井挑頂轉換為正洞初支體系，共計12 d。整個挑頂過程實現了安全、快速、有序、優質、安全無事故，說明該斜井挑頂進正洞施工技術方案是可行的，值得推廣應用。