公路隧道斜井轉正洞施工技術

徐陽

(中建交通建設集團有限公司 河南分公司， 河南 鄭州 450000)

近年來，隨著中國基礎設施建設的快速發展，高速公路建設中出現了一大批特長隧道。施工期長、運營通風難是特長公路隧道建設中的難題。為保證特長公路隧道按期完工，減少后期運營通風成本，設計時一般會考慮增設斜井或豎井。中國已建成隧道中，斜井設置較常見。為保證斜井安全快速地進入正洞施工，施工支護方法的選擇尤為關鍵。該文以華麗(華坪—麗江)高速公路營盤山隧道1號斜井轉正洞施工為例，論述斜井在接近與正洞相交里程時漸變為與正洞等高度斷面進入正洞施工的方案，為同類隧道轉體工程施工提供借鑒。

1 工程概況

營盤山隧道位于云貴高原西緣及西北緣，進口位于麗江市華坪縣新莊鄉八德村西側，出口位于永勝縣仁和鎮打紅村東側，呈東北-西南走向，設計為單向雙車道，單線長達11.31 km，屬特長隧道。是華麗高速公路上重大控制性工程之一，也是云南省第一長公路隧道。該隧道1號送風斜井長1 273.45 m，縱坡為11.2%，與正洞線路交于左洞ZK21+680；1號排風斜井長1 334.45 m，縱坡為11.5%，與正洞線路交于左洞ZK21+740。排風井穿過正洞左線施工通道進入右線后向大樁號方向施工長度為2 497 m。施工過程中作為施工斜井，增加4個工作面來加快營盤山隧道正洞的施工，運營后作為永久性通風斜井。

斜井在接近與正洞相交里程時漸變為與正洞等高度斷面進入正洞，與正洞線路交叉方式為正交(90°)，交叉處埋深為517.13 m。圍巖主要為微風化石英閃長巖，受斷裂構造影響，節理裂隙發育，巖體較破碎，圍巖自穩能力較差，無支護時拱部可能產生小型坍塌，側壁可能掉塊。集中降雨狀態下洞室內呈點滴狀或淋雨狀出水。

2 施工方法

在斜井接近與正洞相交里程時，先進入斜井漸變段和加強段施工，于正洞與斜井相交處漸變為與正洞等高度斷面。在斜井與正洞交界處設置門架，通過門架支撐正洞的拱頂初期支護。門架施工完成后，斜井漸變段和加強段下臺階采用洞渣回填，回填至正洞上臺階高度，沿斜井方向施作門字形小導洞，并同步施作臨時支護，到達正洞中線處后根據需要往前支護3～5 m。在門字形小導洞水平支護下，逐步擴挖正洞另一半斷面，逐段完成該段正洞設計初期支護，然后拆除門字形洞室邊墻的臨時支護直腿，進行正洞上臺階斷面施工，最后完成下臺階開挖支護，進行正洞工作面施工。

2.1 斜井漸變段和加強段施工

在斜井距正洞8 m處開始斜井漸變段(5 m)和加強段(3 m)施工，采用上下臺階法施工。支護參數如下：拱部120°范圍內布設φ42超前注漿小導管，長L=4.5 m，環向間距50 cm；I16工字鋼按照100 cm間距架設；采用φ20 mm鋼筋縱向連接，間距1.0 m；φ22早強砂漿錨桿布設間距為1.0 m×1.0 m，梅花形布置，L=3.0 m；φ6.5鋼筋網按20 cm×20 cm單層布設；噴射22 cm厚C25砼。

通過漸變段施工，將斜井斷面加寬、加高為與正洞等高度斷面。斜井進入正洞交界處圍巖受力復雜，由于開挖輪廓突變造成圍巖應力不均勻分布、局部應力集中。為此，在交界處設置加強段，加強段支護參數與漸變段支護參數相同，加強隧道支護，以保證施工安全(見圖1)。

圖1 斜井進入正洞平面圖(單位：cm)

2.2 交叉段門架安裝

在正洞與斜井交界處，采用門式型鋼鋼架作為正洞初期支護型鋼鋼架半幅的支撐載體。因該處應力集中，為薄弱環節，采用3榀I20工字鋼并列焊接組合門架，門架下設置3榀I18工字鋼(拱架弧度與加強段最后1榀型鋼鋼架一樣)，3榀I18工字鋼頂部及兩側與3榀I20工字鋼密貼，共同受力。I18和I20工字鋼拱部之間采用I18工字鋼斜撐焊接牢固，邊墻處用10 mm厚鋼板連接，焊接成一個整體。門架一次落到正洞下臺階拱腳處，并用槽鋼墊實，設置D25中空注漿錨桿作為鎖腳錨桿，L=3.5 m；噴射26 cm厚C25砼，減少正洞開挖中門架結構的沉降(見圖2)。

圖2 門架平面圖(單位：cm)

2.3 臨時小導洞開挖支護

門架錨噴支護完成后，按照正洞上臺階的高度，采用洞渣在交界處回填斜坡道，坡度控制在12%～18%(根據需要進行調整)，利用斜坡道開挖門架范圍內臨時小導洞的上臺階。

臨時小導洞橫梁開挖高度超出正洞開挖斷面拱頂點不小于24 cm，以保證臨時小導洞支護完成后不侵占正洞的開挖限界。小導洞內采用I18工字鋼門架支護，門架凈寬7.0 m，縱向間距1.0 m/榀，采用φ20 mm鋼筋縱向連接，間距1.0 m；鎖腳錨桿每側設置2根φ25中空注漿錨桿，L=3.0 m；門架頂部鋪設φ6.5鋼筋網20 cm×20 cm，并打設φ25中空注漿錨桿，L=2.5 m，間距1.0 m×1.0 m；小導洞噴射24 cm厚C25砼(見圖3)。

圖3 小導洞襯砌結構(單位：cm)

2.4 小導洞范圍內正洞上臺階支護

小導洞開挖長度超過正洞中心線3～5 m后，在小導洞初期支護的保護下，按照少擾動、快速、緊支護、少拆除、早封閉的原則，分部分臺階開挖小導洞范圍內正洞的剩余半圓弧形部分。小導洞內正洞支護適當加強，型鋼鋼架采用I18工字鋼，縱向間距0.8 m，鋼架一端支撐于正洞右側基巖上，采用D25中空注漿錨桿，間距1.0 m(環)×0.8 m(縱)，梅花形布置，L=3.0 m；另一端支撐在斜井口處門架頂部橫梁上。施工時，在門架頂部橫梁上焊接打孔鋼板，用M24×80高強螺栓與正洞型鋼鋼架連接。縱向連接筋采用φ20 mm鋼筋，間距1.0 m(見圖4)。

圖4 導洞范圍內正洞上臺階施工示意圖(單位：cm)

2.5 正洞開挖支護施工

小導洞內正洞初期支護施工完成后，拆除小導洞一側豎向支撐，按照設計支護參數進行正洞上臺階開挖及支護。拆除小導洞豎向支撐轉入正洞上臺階施工的注意事項：1) 拆除小導洞一側豎向支撐時，爆破時應把另一側豎向支撐和小導洞拱頂切割分離，防止爆破飛石砸動另一側豎向支撐而帶動小導洞拱頂初期支護沉降變形。2) 小導洞往兩側正洞施工時應弱爆破，減少對圍巖和已支護段的擾動。3) 做好小導洞初期支護的監控量測，及時施作該段正洞仰拱、填充及二次襯砌。

小導洞兩側正洞上臺階初期支護開挖到50 m左右時，開挖斜井轉正洞交界處斜坡道回填的洞渣，施作正洞下臺階。在正洞下臺階開挖支護完成后及時施工仰拱，保證已施工初期支護的穩定性。

2.6 正洞二次襯砌施工

在交叉口段仰拱及填充施工完成后，及時在正洞小里程方向100 m范圍內拼裝二次襯砌臺車、防水板臺車。二次襯砌臺車拼好后，先在小里程方向澆筑2～5版，確定二次襯砌臺車的受力性能及尺寸是否符合設計要求。若符合要求，則推放到正洞交叉口處進行澆筑。

交叉口處長11.4 m，二次襯砌采用12 m二次襯砌臺車一次澆筑；斜井交叉部分采用I20工字鋼按二次襯砌輪廓線尺寸加工成不等高的內模架，間距60 cm，焊接固定在正洞二次襯砌臺車上并支撐牢固，內膜架上鋪設5 cm厚木模和3 mm厚大塊塑料板，確保交叉口二次襯砌砼光滑圓順(見圖5)。

圖5 正洞交叉口處二次襯砌施工示意圖(單位：cm)

3 施工控制要點

(1) 現場監控量測是隧道施工管理的重要組成部分。斜井與正洞的交叉口處圍巖等級為Ⅳ級，應進行監控量測點加密布置，監控量測斷面間距按每5 m加密布置一道，監控量測頻次為3 次/d。對量測數據進行實時整理，為修正支護參數和后續施工提供參考。

(2) 斜井漸變段與加強段開挖中鉆爆角度控制極為關鍵，應嚴格控制超、欠挖。初期支護施工時，支護參數均按照對應圍巖的最強參數施工，同時加強該段型鋼支護和錨噴施工質量控制。

(3) 門架開挖時兩側應比斜井正常拱腰位置高4 m多，開挖中多次補炮，保證門架順利安裝。同時門架處往正洞方向多開挖2 m左右，保證門架鎖腳受力在正洞開挖斷面以外。

(4) 加強門架支護，提高門架工字鋼焊接連接處的質量，保證門架拱腳支立于穩固的基巖上；拱架安裝前清除拱腳虛土，按設計要求做好門架鎖腳；加強縱向連接筋與門架間的連接，防止門架下沉。

(5) 斜井進正洞后，在具備條件的情況下，正洞掌子面先行進行超前地質預報，探明前方地質情況，指導后續施工。

(6) 交叉口處正洞洞身開挖按“短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行，一次開挖進尺一般不大于1榀鋼架間距。

(7) 施工中加強安全檢查，發現異常或突發情況時立即暫停施工，撤離出隧道內的機械設備和人員，并及時向上級匯報，確定處理方法。

(8) 嚴格執行質量“自檢、互檢、專檢”相結合的制度，施工中每道工序、工班都必須進行自檢，自檢合格后上報作業隊復檢，復檢合格后再報質檢工程師檢查。

(9) 超前小導管鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對每個孔進行編號。嚴格控制鉆孔平面位置，不得侵入隧道開挖線內，相鄰的鋼管不得相撞和立交。

4 結語

隧道斜井轉正洞交叉口施工的關鍵在于斜井能否安全快速地轉入正洞。華麗高速公路營盤山隧道1號斜井轉正洞施工中，采用在斜井轉正洞處設置漸變段和加強段，利用門架結構作為永久性支撐結構與正洞型鋼鋼架形成穩定受力單元的施工方法，僅用時10 d，零傷亡事故，為正洞施工贏得了寶貴的時間。實踐證明，采用該施工方法，斜井轉正洞施工全過程都在支護體系下進行，確保了施工安全，縮短了施工工期，減少了施工成本。