針對斜井挑頂進正洞技術目前問題與解決策略分析

趙志遠

（中交一公局集團有限公司，北京100024）

1 引言

隨著隧道工程量的增加與隧道長度的擴展，其施工難度也在加大。斜井與正洞交叉處會因為隧道斷面緣故產生受力狀態的變化[1]，需要通過交叉隧道的結構進行施工最優解的研究。

2 伏牛山隧道斜井進正洞項目分析

伏牛山隧道為分離式隧道，左線起訖樁號ZK82+408~ZK91+569，全長9161m（包含出口明洞15m）；右線起訖樁號K82+363~K91+546,全長9183m（包含出口明洞15m）。伏牛山隧道1#斜井長1150m，凈寬8.8m，凈高7.5m。設排風聯絡通道2 處，設送風聯絡通道1 處，該聯絡通道起始點位于1#斜井XJ1K0+076 處，聯絡風道長度為57.368m。伏牛山隧道2#斜井長926m，凈寬7.5m，凈高6.25m。設送風聯絡通道2 處，地下風機房與右洞間聯絡風道長度為4.73m。伏牛山隧道3#斜井長1030m，凈寬8m，凈高7m。設排風聯絡通道2 處，地下風機房與右洞間聯絡風道長度為4.73m。

伏牛山隧道地下風機房長130m，凈寬10m，凈高13m。2#斜井設2 處送風聯絡風道貫穿地下風機房與主洞左右洞連接，3#斜井設2 處排風聯絡風道貫穿地下風機房與主洞左右洞連接。另外，地下風機房與右幅主洞間設置1 處運輸通道及2 處疏散通道。

3 隧道斜井進正洞項目的現狀與存在的問題

3.1 方案一的現狀與存在的問題

在伏牛山隧道斜井進正洞項目中，挑頂主要為2 種方案，都存在一定的問題，首先是斜井在施工距離正洞約10m 時，讓斜井的高度維持正常狀態，不斷地調高斜井的拱頂高程，讓斜井與正洞的挖斷最大程度距離為2m，保持正洞的自身支護需求，并從斷面進行施工，施工到正洞自身的最右邊，對于斜井支護進行一定程度的加強，從而保證正洞穿過斜井過程中能夠安全施工。這種方式會存在一定的空隙，即正洞挖掘外輪廓與斜井之間的空隙，這部分由后期進行C20 混凝土的填灌。

這種方案擁有一定的優點，即正洞的支護相對固定，挑頂高度相對變化較小，降低了成型需要的成本，其次，在斜井支護過程中也可以維持到轉向施工過程，支護可以多次工程使用，為后續工作提供一定的可靠、穩定支撐，這種方案能夠擁有較大的機械工作空間，相對而言更有利于機械作業出渣。

這種方案的問題較為明顯，首先，是斜井存在過高的挑頂，這使得正洞周圍的巖土需要較高的壓力，兩側斷面容易斷裂，需要更高成本的橫向程度的支撐，使得施工過程中的施工量較大。其次，在斜井挑高后，對于周邊巖土的影響較大。正洞外輪廓線與斜井之間的空隙較大，隨后可以通過后期使用混凝土填滿，但是會使得工作量增加，并在很大程度上降低工作的安全程度，正洞需要更多的安全防護措施。

3.2 方案二的現狀與存在的問題

在此次工程過程中，除了上述進洞方式外，根據地質原因，還選擇了另一種斜井進正洞挑頂方式。當施工過程中，斜井不斷推進到正洞的臨界處，使用5.0m（凈寬）×6.0m（最大凈高）的斷面中導洞沿著正洞的法線不斷地進行挑頂施工，將其延伸到正洞的最右邊緣處。中導洞的標高洞頂高于正洞設計的外緣輪廓線26cm，并且保持中導洞洞底的標高不變，讓中導洞能夠根據正洞的輪廓線高度而隨之變化。

這種方案工程中會擁有相對較少的臨時工程量，在中導洞的開設過程中斷面較小，能夠以較快速度的進行施工作業，對周邊巖體擾動較少，能夠雙向開工，具有更高的安全保障。

但這種方案相對而言斜井高度變化較大且頻繁，使得工程量增加，并且對于測量要求精度較高，需要讓中導洞與正洞輪廓高度一致，這就需要較高精度的測量儀器，另外中導洞的高度變化會使得出渣量產生較大的影響[1]。

4 伏牛山隧道斜井進正洞項目存在問題的解決策略

4.1 方案一問題解決策略

對于方案一而言，斜井挑頂相對較高，因此，需要對于兩邊的巖體進行加固，需要使用橫向支撐體對巖體的強度進行增加。其次，對于巖體的擾動問題，需要在斜井進入前進行巖體的調查，找到凝固程度相對較高地區的巖體，斜井進入，使用機械作業來調整正洞結構，從而增加斜井進正洞的安全系數。

4.2 方案二問題解決策略

對于方案二而言，主要問題在于中導洞的建設與施工，所以需要嚴格測量中導洞的高度，并讓其與正洞能夠高度貼合，在中導洞高度變化過程中要盡量提高中導洞的高度，使得出渣量能夠保持穩定。

5 斜井進正洞施工過程

5.1 導洞施工

2#、6#排風交叉口加強環施工完成后繼續向前開挖，開挖至主洞另一側距邊墻1m 處停止開挖，導洞開挖斷面尺寸同排風口斷面尺寸。采用Φ22mm 砂漿錨桿，錨桿間距1.2m×1.2m（環×縱），長2.5m，成梅花形布置。鋼筋網采用Φ6.5mm 光圓鋼筋，網格間距25cm×25cm，噴射C25 混凝土，厚度22cm。

5.2 正洞內爬坡導洞開挖施工

5.2.1 2#排風交叉口

導洞施工完成后進行正洞內爬坡導洞開挖施工，沿正洞中線向小里程方向以8.7m×7.5m（寬×高）斷面爬坡，坡度7.4%，爬坡施工長10m 在里程K84+848.581 處導洞拱頂高程與正洞拱頂高程重合。開挖到導洞頂和正洞頂位于同一高程后，按照線路設計坡度繼續進行導坑掘進進行擴挖施工，施工5m 后（K84+843.581）擴挖出正洞上臺階斷面。及時噴混凝土封閉掌子面，正洞正常斷面按設計參數進行正洞支護。

5.2.2 6#排風交叉口

導洞施工完成后進行正洞內爬坡導洞開挖施工，沿正洞中線向大里程方向以8.7m×7.5m（寬×高）斷面爬坡，坡度7.4%，爬坡施工長10m 在里程K88+753.581 處導洞拱頂高程與正洞拱頂高程重合。開挖到導洞頂和正洞頂位于同一高程后，按照線路設計坡度繼續進行導坑掘進進行擴挖施工，施工5m 后（K88+758.581）擴挖出正洞上臺階斷面。及時噴混凝土封閉掌子面，正洞正常斷面按設計參數進行正洞支護。

5.3 反向擴挖施工

反向擴挖每循環開挖不超過2m，采用I16 工字鋼拱架進行支撐，縱向間距為1.0m。支護設置Φ6.5mm 鋼筋網，網格間距25cm×25cm，成梅花形布置。拱頂和邊墻設置Φ22mm 砂漿錨桿，長度2.5m，間距1.2m×1.0m，每循環根數19 根。噴射混凝土采用C25 混凝土，厚度為22cm。

5.4 斜井交叉口正洞擴挖施工

當開挖至交叉口段時，由于交叉口段處于三維受力空間，應力分布復雜，安全系數低，該段每循環進尺不得超過1m。開挖至該處時，I16 型鋼架開挖線路右側正常落底，左側落腳點位于交叉口的“門”型鋼架橫梁上。上部型鋼拱架采用300mm×300mm×15mm A3 鋼板連接。型鋼拱架間距1m 布設，布設及時打設Φ22mm 鎖腳錨桿，每榀鋼拱架下打設2 根，該處共設置8 榀拱架。

5.5 正洞施工

2#排風交叉口段正洞施工完成后向大里程（6#為小里程）方向開挖，大里程（6#為小里程）方向開挖按正常施工程序施工，轉入正洞正常施工狀態，正洞開挖向大里程（6#為小里程）方向進行，條件具備后盡早完成交叉口段仰拱施工，至此挑頂結束。