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1、泾县隧道斜井进正洞施工技术孙德方1,2 杨新安2（1. 中交三航局 合福站前五标项目部 安徽242500；2. 同济大学 城市轨道与铁道工程系，上海 200092）摘要：客运专线双线具有开挖断面较大的特点，软弱围岩段的斜井至正洞衔接更是大断面隧道施工的薄弱环节，处理不当就会造成塌方。在泾县隧道斜井进正洞施工中，制定了以“短进尺、强支护、早封闭、勤量测、早成环、仰拱紧跟”为原则的施工方法，采用了针对软弱围岩条件的斜井进正洞施工工艺和监控量测方案，为类似工程提供参考。 关键词：大断面隧道；斜井；正洞；挑顶1引言斜竖井作为加快隧道施工进度的设计方案正在被人们所认可，它不但增加了隧道正洞施工的工作面，
2、而且是隧道施工出渣与进料的咽喉，是加快隧道施工的主要通道1-3。但到目前为止，我国隧道斜竖井的设计与施工还处于借鉴和探索阶段4。泾县隧道起讫里程DK187+038DK191+506.27，全长4468.27m，最大埋深419m，是新建合肥至福州客运专线安徽段的重点施工隧道。隧道为单洞双线，左右开挖断面约为153m2，有效净空面积不小于100m2。隧道设无轨运输双车道斜井一处，斜井与线路相交于DK191+400处，与线路大里程方向夹角为73，斜井长117m，综合纵坡2.0%。斜井转正洞处隧道段地层地质条件差，围岩为级，主要为石英砂岩，粉砂岩，强风化，节理裂隙发育，岩芯呈碎屑状，地下水主要为基岩裂
3、隙水，不发育。2斜井进正洞力学特性分析斜井和正洞均为拱形断面，其相交地段处于复杂的三维受力状态之中5。该处围岩一方面作为正洞拱腰位置，要承受正洞拱顶传来的压力；另一方面又作为斜井的拱顶，在没有下部土体支撑的条件下，承受上部土体荷载。在大断面隧道中的这种受力情况下，该处围岩受到的压力要比斜井洞身一般地段大得多，而且受力方向不是单一的向下，非常复杂。隧道围岩属于软弱围岩，地质条件较差，相交处围岩易发生变形，若斜井顶部在与正洞相交处不能得到足够强度的支撑，或者施工方案不当，很可能造成变形过大，甚至坍塌。3施工方案、方法隧道斜井进入正洞的挑顶施工方法比较多，总的来说分为垂直挑、斜向挑两种。而在软弱破碎
4、围岩地区采用何种挑顶方法、如何挑顶，没有模式化的解决办法6。泾县隧道在斜井接近与正洞相交里程时，首先对交叉口处围岩进行加固，然后逐渐抬高斜井拱顶高程，接长钢架长度。于正洞与斜井相交里程起，采用小导坑进入正洞洞身开挖，在正洞中线处达到正洞拱顶高程，施工中预留变形沉降量和临时支护厚度。然后再逐步扩挖至正洞标准断面，最后分段分层落底。4施工工艺与技术4.1斜井开挖至正洞边缘的过渡由于斜井与正洞为非正交平面投影关系，故斜井开挖至临近正洞地段时，钢架的立设采用由正交90向斜交73逐步过渡的方案，则开挖掌子面也相应采用过渡方案，见图1。图1斜井进正洞施工平面关系钢架过渡方案中，拱架采用I22a型钢加强偏离
5、法架设，拱架右侧间距取40cm，左侧取100cm，共通过5榀拱架完成转体，使最后1榀拱架与正线平行。由于斜井和正洞均为曲墙断面，考虑到便于加工及受力合理的需要，钢架轴线拟置于平面上，相切于正洞起拱线位置，钢架顶部处于正洞设计开挖轮廓以外约85cm。4.2斜井与正洞交叉口加固工艺斜井与正洞交角为73，大角度相交能保证交叉处岩柱的厚度，有利于交叉口围岩的自稳能力，增加交叉口洞室结构的稳定性7，斜井进正洞施工里面关系见图2。考虑到正洞与斜井相交地段处于复杂的三维受力状态，应力集中，为保证正洞安全挑顶施工的完成，正洞初期支护必须座落于一个牢固的落脚平台，同时应加强该段正洞初期支护的锁脚锚管施工，防止拱
6、架下沉。斜井仰拱施作到正洞边缘，确保洞口的稳定，斜井二衬交叉口处6m不能施作外，其余按设计衬砌完成。图2 斜井进正洞施工立面关系图对斜井与正洞交叉口处口部最后5榀钢架的加强不仅是斜井本身的加强支护手段，而且钢架同时也承受该区域正洞拱部钢架传递的荷载，交叉口部钢架比斜井洞身一般地段钢架的受力要大很多，因此，对口部采用如下加强措施：斜井的最后5榀钢架采用I22a工字钢加强，替代22150格栅钢架。交叉口部钢架采用I25a工字钢门架加强，3榀焊接为一体，避免单榀受力不均。其中门架与斜井连接情况见图3。图3 交叉口处门架与斜井拱架关系4.3 挑顶施工与初期支护交叉口部仰拱及门架施工完成后，采用小导洞挑
7、顶进入正洞开挖。斜井与正洞交叉地段围岩为级，岩体较碎，开挖后围岩易变形、坍塌。因此，挑顶施工要坚持“超前探、短进尺、强支护、勤量测、早成环、仰拱紧跟”的原则，确保施工安全、稳定。挑顶开挖按图1与图4所示步骤进行，垂直于正洞中线的开挖进尺控制在2m左右。每步开挖前垂直于正洞中线方向先施工超前小导管，小导管长3米，间距0.4m。同时临时支护紧跟，顺线路方向的开挖宽度控制在2m以内，以便于安装3榀钢架为宜，每榀拱架用4m长（2m+2m）的自进式锚杆管按照1.5m间距进行锚固拱架。3榀钢架架立完成后用I18小门架支撑，门架横梁长2m，立柱高2.53m左右，因地势而定，见图4。立柱底脚铺32a槽钢，槽钢
8、长0.6m，垂直地面打设1m长22锁脚锚杆固定槽钢。图4 挑顶施工工艺与钢门架详图钢架间喷射混凝土前先对掌子面进行喷混凝土封闭支护，视围岩情况酌情打设锚杆；沿正洞线路方向两侧打设超前小导管，导管长2.5m，环向间距0.4m。小导洞第开挖完成到达正洞的另一边后，其锁脚锚管采用4根50壁厚3.5mm，长5m加强锁脚，此部位采用I16型钢进行纵向连接。4.4 扩挖、落底施工工艺扩挖以b复合式衬砌的支护参数，按照图1所示的施工顺序进行两边扩挖达到标准断面，每次扩挖宽度不大于3m，及时进行初期支护施工。按照图1的扩挖顺序及图5的落底顺序进行落底施工，分段分层的下落开挖，每段宽度不大于3m，每层高度不大于
9、2m，不断的接长拱架，锁脚安装4根50壁厚3.5mm，长5m加强锁脚。到正洞斜交边缘时恢复六步CD法施工。图5 斜井进正洞落底施工5监控量测斜井与正洞形成的喇叭口，开挖断面大，作为施工通道放置时间长；围岩在应力重分布和应力释放的过程中，会引起支护结构产生位移、变形，直至支护结构破坏8，危及隧道安全。因此，施工中进行严密的监控量测尤为主要。5.1量测项目及频率软弱围岩下斜井进正洞施工风险较大，应加强量测频率9，以保证施工安全。量测项目及频率见表1。表1 监控量测项目及频率量测项目测试仪器测试精度/(mm)测试频率/(次/d)收敛变形收敛计、全站仪0.13拱顶下沉水准仪、钢尺135.2量测断面布置
10、斜井与正洞交叉口按斜井位置前后各50m围岩进行量测布置，每5m设置拱顶下沉和围岩收敛监控量测测点。每个量测断面各布置1个拱顶下沉测点和2条水平净空收敛量测基线，测点布置见图6。拱顶下沉量测收敛量测起拱线图6 围岩测点布置量测结果每天现场进行总结，及时做好信息反馈，以根据量测结果及时调整施工方法和支护参数。6结束语泾县隧道斜井进正洞目前已经施工完毕。从监控量测结果看，支护变形以收敛为主，最大变形日收敛值28mm，累计最大收敛值135mm，喇叭口支护结构安全可靠，保证里正洞施工的顺利进行。大断面隧道在软弱围岩段的斜井进正洞施工，要面对围岩自稳能力差、易坍塌的危险以及承载力低、蠕变时间长、造成地面沉
11、降明显等种种不利条件。泾县隧道斜井进正洞施工中严格遵循“短进尺、强支护、早封闭、勤量测、早成环、仰拱紧跟”的原则，合理设计施工步骤、选择支护参数，取得了良好的施工效果。参考文献1 周云辉. 隧道群联络斜井方案确定与施工设计D. 长沙: 长沙理工大学, 2010.2 李本. 大断面黄土隧道斜井进入正洞的挑顶施工技术J. 铁道建筑技术, 2008(3): 3437.3 孙福军, 周晓然. 石太客运专线南梁隧道3# 辅助斜井挑顶施工方法J. 科技情报开发与经济, 2006,16(8):24.4 王飞. 特长公路隧道斜竖井设计施工的关键技术J. 交通标准化, 2008年(12):6163.5 张智军.
12、 双线黄土隧道斜井进正洞挑顶施工技术研究J. 山西建筑, 2007,33(12):313314.6 付艳丽. 隧道斜井进正洞挑顶施工技术J. 铁道建筑, 2011,(6):8385.7 付国宏. 7号斜井进正洞挑顶施工技术J. 铁道标准设计, 2005,(9):7779.8 张国辉. 大断面黄土隧道斜井进正洞施工工艺J. 铁道标准设计, 2007,(增):99101.9 史振宇. 包家山隧道大断面斜井进正洞挑顶技术J. 隧道建设, 2010,30(3):313316.作者简介孙德方：高级工程师，中交三航局合福铁路安徽段站前五标项目部总工程师-稿件联系-电话：18917152277-，Email:-通信地址：安徽省泾县城西工业园区中交三航局合福铁路安徽段站前五标项目部（邮编242500）-
