橫嶺隧道1號(hào)斜井大型設(shè)備快速挑頂技術(shù)

李 明

（中鐵十六局集團(tuán)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(zhǎng)7 875 m，位于廣東省河源市源城區(qū)、紫金縣兩地交界，該隧道設(shè)有2座斜井。1號(hào)斜井設(shè)置在隧道右側(cè)，為永久救援通道。該斜井與正洞相交于DK275+600，斜井長(zhǎng)度519 m，綜合坡度5.96%，采用無(wú)軌運(yùn)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(zhuǎn)彎處采用R=200 m的圓曲線順接。斜井井底設(shè)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(hào)斜井井底工程地質(zhì)位于侏羅系砂巖弱風(fēng)化地層，因受花崗巖侵入的影響，巖體成混合狀，裂隙稍發(fā)育—較發(fā)育，巖體較破碎，無(wú)地下水；施工圖判斷為Ⅳ級(jí)圍巖地質(zhì)，Ⅴ級(jí)復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，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(tái)階臨時(shí)仰拱工法，斜井挑頂進(jìn)正洞采用臺(tái)階法，施工中嘗試了大型機(jī)械設(shè)備快速進(jìn)入正洞的做法，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 技術(shù)方案

2.1 挑頂施工單元?jiǎng)澐?/h3>

施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有小型挖、裝運(yùn)碴及濕噴機(jī)械設(shè)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(yè)將非常困難。因此斜井挑頂方案必須依據(jù)大型機(jī)械設(shè)備的作業(yè)范圍來(lái)確定開(kāi)挖高度，并將隧道斷面劃分為斜井挑頂進(jìn)正洞的施工單元：斜井挑頂上臺(tái)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(tái)階，F(xiàn)單元施工為正洞下臺(tái)階及仰拱（見(jiàn)圖1）[1]。

2.2 挑頂進(jìn)入正洞斷面

采用機(jī)械設(shè)備挑頂進(jìn)入正洞施工必須滿足LG230挖掘機(jī)進(jìn)入斜井門架裝碴及臨時(shí)支撐門架內(nèi)扒碴的空間，而且具備HPS3016s濕噴機(jī)械手伸入到D單元鋼架處噴射混凝土的條件，還應(yīng)根據(jù)斜井揭示的工程地質(zhì)及開(kāi)挖單元長(zhǎng)度，確定開(kāi)挖斷面的寬度（見(jiàn)圖2）。

2.3 斜井口鋼門架設(shè)置

為了滿足機(jī)械設(shè)備的作業(yè)高度，避免增加二襯混凝土澆筑時(shí)的荷載及回填數(shù)量，斜井口鋼門架應(yīng)適當(dāng)加高，但A、B單元鋼架不得出現(xiàn)反拱度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及推算，將施工機(jī)械設(shè)備行走路面設(shè)置在正洞中臺(tái)階，斜井口鋼門架可加高55 cm[2]。

斜井鋼門架設(shè)置3榀Ⅰ22鋼門架，鋼門架內(nèi)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(shè)置1榀I 20a鋼架順接。

2.4 挑頂臨時(shí)門架措施

安裝正洞初支鋼架時(shí)應(yīng)在鋼架的端頭設(shè)置臨時(shí)鋼門架，使正洞初支鋼架定位準(zhǔn)確，又能防止拱部掉塊。門架立柱底腳要各設(shè)置2根42鎖腳小導(dǎo)管，長(zhǎng)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(zhǎng)4 m，門架兩端正洞初支鋼架應(yīng)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(jī)械設(shè)備

施工所用機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 機(jī)械設(shè)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(zhǔn)備→測(cè)量放樣→安裝斜井口鋼門架→鉆眼爆破→扒裝運(yùn)碴→安裝臨時(shí)支撐鋼門架→連接正洞初支鋼架→鎖腳錨管→超前小導(dǎo)管→中空錨桿→掛鋼筋網(wǎng)片→噴混凝土→A單元挑項(xiàng)結(jié)束→B單元挑項(xiàng)→C單元挑項(xiàng)→D單元挑項(xiàng)→錯(cuò)開(kāi)拆除D單元門架接長(zhǎng)正洞初支鋼架→錯(cuò)開(kāi)拆除C單元門架接長(zhǎng)正洞初支鋼架→錯(cuò)開(kāi)拆除B單元門架接長(zhǎng)正洞初支鋼架→錯(cuò)開(kāi)拆除A單元門架接長(zhǎng)正洞初支鋼架→挑項(xiàng)正洞上臺(tái)階結(jié)束→過(guò)渡到隧道正洞施工。

3.2 安裝斜井口鋼門架

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

（2）短進(jìn)尺開(kāi)挖斜井門架位置，先采用斜井作業(yè)臺(tái)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(nèi)支撐鋼架。3榀鋼架側(cè)面焊接22連接筋，間距1 m，左右側(cè)拱腳及拱腰各施作2組2根50鎖腳錨管8根，每根長(zhǎng)度4 m[3]。

（3）開(kāi)挖斜井鋼門架時(shí)應(yīng)預(yù)留部分碴體堆放在斜井緩坡道兩側(cè)，作為堆墊搭設(shè)鉆爆作業(yè)臺(tái)架及滿足挖掘機(jī)、濕噴機(jī)械手的作業(yè)高度。

3.3 斜井挑頂至正洞上臺(tái)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(shí)搭設(shè)的作業(yè)臺(tái)階，鉆爆按2個(gè)循環(huán)，進(jìn)尺2.55 m，每個(gè)循環(huán)均初噴厚4 cm混凝土后及時(shí)架立Ⅰ20a臨時(shí)支撐門架，門架立柱底腳各施作2根42，長(zhǎng)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(shí)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(wǎng)片，焊接22連接鋼筋，采用HPS3016s濕噴機(jī)械手濕噴混凝土至28 cm。

（2）在A單元初支鋼架的端頭開(kāi)挖②部B單元鋼架位置，按2個(gè)循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)，進(jìn)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(duì)接，開(kāi)挖斷面及支護(hù)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(kāi)挖掉塊，將③部開(kāi)挖斷面寬度減少到3.5 m，開(kāi)挖支護(hù)仍按2個(gè)循環(huán)，進(jìn)尺4.03 m，安裝臨時(shí)鋼門架與正洞初支鋼架、錨掛噴支護(hù)方法與前單元鋼架相同。

（4）D單元鋼架開(kāi)挖支護(hù)長(zhǎng)度4.23 m，位于斜井口對(duì)面，為了快速形成正洞上臺(tái)階初期支護(hù)，將④部開(kāi)挖斷面寬度調(diào)整到2.2 m，先開(kāi)挖安裝3榀正洞初支鋼架，使正洞上臺(tái)階初支鋼架先期閉合。

（5）從斜井對(duì)面按D、C、B、A單元鋼架順序，錯(cuò)開(kāi)拆除臨時(shí)支撐門架，開(kāi)挖正洞鋼架位置，并接長(zhǎng)隧道初支鋼架，完成斜井挑頂中間部位的上臺(tái)階初期鋼架支護(hù)。

3.4 上臺(tái)階隧道初支工藝轉(zhuǎn)換

（1）當(dāng)完成斜井口門架正洞上臺(tái)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(jìn)入正洞上臺(tái)階工藝轉(zhuǎn)換的過(guò)渡段，此時(shí)鉆孔、爆破、出碴、立架、錨桿等初期支護(hù)工藝均轉(zhuǎn)向90°施工[4]。

（2）工藝轉(zhuǎn)換之前要提前焊接適用于隧道上臺(tái)階施工的作業(yè)臺(tái)架，使施工人員在作業(yè)臺(tái)架上進(jìn)行鉆孔、裝藥、立架、掛網(wǎng)、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(yùn)機(jī)械車輛及濕噴機(jī)械手不能滿足作業(yè)位置時(shí)，可將多余碴體外運(yùn)，但必須留有坡道，為機(jī)械設(shè)備進(jìn)退作業(yè)創(chuàng)造便利條件。

（4）在工藝轉(zhuǎn)換過(guò)渡段內(nèi)不得同時(shí)進(jìn)行正反方向的開(kāi)挖支護(hù)，每循環(huán)開(kāi)挖不得超過(guò)1榀鋼架。當(dāng)開(kāi)挖支護(hù)離開(kāi)斜井口鋼門架之后，按Ⅳ級(jí)圍巖每循環(huán)進(jìn)尺2榀的要求施工。

（5）上臺(tái)階開(kāi)挖5 m后可進(jìn)行中臺(tái)階E鋼架的開(kāi)挖支護(hù)，中臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)7 m后，可進(jìn)行下臺(tái)階F鋼架的開(kāi)挖支護(hù)。當(dāng)正洞下臺(tái)階距斜井與正洞交點(diǎn)35 m時(shí)，應(yīng)進(jìn)行斜井口正洞仰拱及填充的施工。

4 監(jiān)控量測(cè)

斜井挑頂進(jìn)入正洞的監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)自門架支立挑頂起開(kāi)始設(shè)置，并沿斜井與正洞交點(diǎn)中線位置埋設(shè)。其中斜井口拱頂和正洞拱頂各設(shè)置1個(gè)拱頂下沉點(diǎn)，斜井口邊拱和上臺(tái)階拱腰各設(shè)置1條水平收斂點(diǎn)；當(dāng)斜井挑頂進(jìn)入正洞斷面后，分別在距斜井與正洞交點(diǎn)正反方向5 m處各設(shè)置1條監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖3[5]。

圖3 斜井挑頂量測(cè)點(diǎn)布置示意圖

斜井挑頂轉(zhuǎn)入正洞開(kāi)挖后應(yīng)盡早進(jìn)行檢控量測(cè)，初讀數(shù)應(yīng)在開(kāi)挖后12 h內(nèi)讀數(shù)，最遲應(yīng)不大于24 h，而且在下一循環(huán)開(kāi)挖前完成讀數(shù)。變形控制速率見(jiàn)表2。

表2 變形控制速率

在斜井挑頂進(jìn)正洞施工中，如圍巖量測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)表2變形速率時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析原因，采取多種新奧法及礦山法措施進(jìn)行加固處理。

5 結(jié)語(yǔ)

橫嶺隧道1號(hào)斜井挑頂采用架子隊(duì)現(xiàn)有LG230挖掘機(jī)、ZLC50C裝載機(jī)、HPS3016s濕噴機(jī)械手等機(jī)械設(shè)備施工，從9月26日開(kāi)始安裝斜井門架，到10月1日完成正洞上臺(tái)階初支鋼架，從斜井挑頂轉(zhuǎn)換為正洞初支體系，共計(jì)12 d。整個(gè)挑頂過(guò)程實(shí)現(xiàn)了安全、快速、有序、優(yōu)質(zhì)、安全無(wú)事故，說(shuō)明該斜井挑頂進(jìn)正洞施工技術(shù)方案是可行的，值得推廣應(yīng)用。