大断面黄土隧道斜井进入正洞的挑顶施工技术

大断面黄土隧道斜井进入正　洞的挑顶施工技术　李　本　（郑西铁路客运专线有限责任公司西安７１００４３）　摘要通过对郑西铁路客运专线潼洛川和高桥两座大断面湿陷性黄土隧道三座斜井进入正洞的施工，从安全、　进度和经济方面考虑，优选出合理的斜井挑顶Ｌ－Ｙ－方案。实施的结果证明，所选用方案工程结构安全，缩短了施工　时间，节约了施工费用。　关键词　大断面黄土隧道斜井挑顶　施工技术　中图分类号Ｕ４５５．４　文献标识码Ｂ　文章编号１００９—４５３９（２００８）０３—００３４—０３　Ｒｉｐｐｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｏｂｌｉｑｕｅ　Ｗｅｌｌ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｌｏｅｓｓ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｌｅａｄｉｎｇ　ｔｏ　Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｃｕｒｖｅ　Ｌ　Ｂｅｎ　（Ｚｈｅｎｇ—Ｘｉ　ＰＤＬ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ　７１００４３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｒｅｅ　ｏｂｌｉｑｕｅ　ｗｅｌｌｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ　ｌｏｅｓｓ　ｔｕｎｎｅｌ—　Ｔｏｎｇｌｕｏｃｈｕａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　Ｇａｏｑｉａｏ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｗｈｉｃｈ　ｌｅａｄｓ　ｔｏ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｃｕｒｖｅ　ｏｎ　Ｚｈｅｎｇ—Ｘｉ　ＰＤＬ，ａｎｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ，　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｙ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｒｉｐｐｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｆｏｒ　ｏｂｌｉｑｕｅ　ｗｅｌｌｓ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｔｏ　ｂｅ　ｓａｆｅ，ｔｉｍｅ　ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｓｔ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｌａｒｇｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｌｏｅｓｓ　ｔｕｎｎｅｌ；ｏｂｌｉｑｕｅ　ｗｅｌｌ　ｒｉｐｐｉｎｇ；ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　１　工程概况　６２２系统锚杆长３．０　ｍ，间距１．０　ｍ×１．０　ｍ梅花形布　置；　钢筋网，网格间距０．２×０．２　ｍ；喷射Ｃ２０混凝　由中铁二十三局集团公司负责修建的郑西客运专　土，厚度１８　ｃｍ；二次衬砌厚为４０　ｃｍ的钢筋混凝土。　线潼洛川和高桥两座大断面黄土隧道共设置了３座斜　对于大断面黄土隧道，斜井进入正洞的挑顶施工　井，斜井与正洞均为正交，交叉处均为Ⅳ级围岩，围岩为　方案是保证安全和进度至关重要的环节，因此需从安　的砂质黄土（拱部）和Ｑ。的粘质黄土（边墙）。　全和进度以及经济上对挑顶施工方案进行比选。　正洞开挖最大轮廓的宽和高分别为１　４８２　ｃｍ　和１　２８０　ｃｍ，支护参数为：Ｉ２０ａ型钢钢架，间距　２施工方案比选　０．８　ｍ；拱部１２０。范围内为６２２药包锚杆长２．５　ｍ，　２．１　方案一　边墙为６２２砂浆锚杆长３．５　ｍ，间距１．０　ｍ×１．０　ｍ，　斜井施工至正洞开挖轮廓线后，以圆曲线形式　梅花形布置；　８钢筋网，网格间距０．２　ｍ×０．２　ｍ；　转体进入正洞，同时上坡开挖至正洞拱顶高程，并继　喷射Ｃ２５混凝土，厚度２６　ｃｍ；二次衬砌为Ｃ３５防水　续沿相同方向向前掘进一定距离，形成作业空间后，　的钢筋混凝土（拱墙厚５０　ｃｍ，仰拱厚６０　ｃｍ）。　斜井开挖最大轮廓的宽和高分别为６７０　ｃｍ和　则用喷射混凝土封闭掌子面，转向相反方向施工，扩　挖临时支护达到正洞标准断面。向前扩挖一定距离　６９２　ｃｍ。支护参数为：ＨＷ１２５型钢钢架，间距１　ｍ；　后，暂停该方向的开挖，用喷射混凝土封闭掌子面，　收稿１３期：２００７—１０—２８；修回１３期：２００８—０２－０３　再回过头按正洞的开挖方法进行隧道施工。　２．２方案二　为在斜井ＨＷ１２５钢架外侧增设了Ｉ２５ａ的门型钢　在斜井接近与正洞相交里程时，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　架，门型钢架分节与斜井钢架焊接在一起，共计３　榀，钢架间采用　２２钢筋进行纵向连接，钢架接头　处采用螺栓连接。　起，采用小导坑进入正洞进行洞身开挖，于正洞中线　处达到正洞拱顶高程，并在小导坑内设置套拱，然后　再向两侧逐步扩挖至正洞标准断面。　２．３两种方案比较　２．３．１　安全方面　方案一：在导洞内扩挖至正洞断面时，需拆除导　洞两侧边墙的支护，此时是在本开挖进尺范围内无支　护保护的情况下进行施工的，存在一定的安全风险。　方案二：在正洞交叉段内的施工全部是在小导洞　支护和正洞套拱的保护下进行的，施工安全有保障。　２．３．２进度方面　方案一：首先小导洞要以圆曲线形式转体进入　正洞，并需在正洞内经上坡开挖后才能过渡至正洞　拱顶高程，然后还需继续向前掘进一定距离，形成作　业空间后，才能进行正洞施工。由于小导洞长度必　须要满足施工组织和长时间在空间狭小的小洞内施　工，不能充分利用机械，挑顶施工时间长。　方案二：小导洞与正洞的相互位置为正交，长度　短，小导洞施工后形成的空间直接为正洞断面，不用　二次扩挖，故挑顶施工时间短。　２．３．３经济方面　方案一：小导洞长度大，初期支护的工作量大，　挑顶费用较高。　方案二：小导洞长度小，初期支护的工作量小，　挑顶费用较小。　通过从安全、进度和费用等方面的比较，决定采　用第二种方案。　３施工方案　（１）斜井加强段施工　当斜井与正洞斜交，以１．０　ｍ的间距安装异型　钢架，完成由垂直于斜井中线到平行于正洞中线的　过渡（见图１）。　根据斜井与正洞拱顶之间的高差，确定斜井拱　顶的扩挖起始里程，其拱顶抬高坡度控制在３０％以　内，同时按抬高的高度制作加长的斜井钢架。　斜井与正洞边墙相交地段为三维受力状态，并　且正洞开挖断面较大，为确保扩顶段正洞施工安全，　在斜井与正洞交接处设置了０．６　ｍ加强环。加强环　图１　斜井进入正洞平面　Ｉ２５ａ的门型钢架由横梁和立柱组成，横梁与斜　井ＨＷ１２５钢架间空隙设置Ｉ２５ａ型钢竖向立柱短　撑，间距为５０　ｃｍ，两侧对称设置，牢固焊接并用喷　射Ｃ２５混凝土回填密实。在横梁上按正洞套拱的　间距纵向设置长６０　ｃｍ的Ｉ２５ａ钢桩头，以作为正洞　套拱的落脚点（见图２）。　图２加强环钢架（单位：ｃｍ）　交叉段门架底脚处设ＨＷ１２５纵向托梁，采取　扩大拱脚，每侧增设，１，４２锁脚锚管６根和　２２系统　锚杆，提高承载力，约束初期支护的变形，为施做正　洞初期支护提供安全保证。　在靠近正洞处初期支护的７榀拱架增设了　ＨＷ１２５仰拱钢架，仰拱喷射２０　ｃｍ厚的Ｃ２５混凝　土。以后的正洞仰拱拱架落脚焊连于斜井加强段　最外侧的仰拱拱架上，正洞仰拱衬砌钢筋则与斜　井仰拱衬砌中预埋连接筋焊连，确保交叉口处的　斜井宽度范围内的正洞仰拱落脚于斜井底部混凝　土中的预埋钢筋和型钢上。避免下步正洞跨越斜　井时，因应力集中导致正洞交叉口处支护及衬砌　变形开裂。　４．２　ｍ小导洞按正洞轮廓线上坡开挖到正洞拱顶中　线位置，然后再向前平坡开挖至主洞左线上导坑拱　脚位置处，小导洞钢架临时支护及时跟进。　小导洞由人工采用预留核心土的弧形法进行开　挖。在上坡开挖过程中，小导洞拱顶１２０。范围施做　长３．５　ｍ、间距３０　ｃｍ的４，４２超前小导管，防止开挖　中上部土体掉块坍塌。小导洞钢架采用Ｉ２０ａ型钢，　间距为６０　ｃｍ，底部设置横向支撑，使小导洞钢架形　成临时封闭的环，在每个连接处设置两根长３　ｍ的　斜井进行仰拱和仰拱回填施工后，及时施做二　衬（长２５　ｍ），并按照正洞初期支护拱架间距和位置　在斜井二衬的拱顶上部预埋Ｉ２２ａ型钢接头，接头采　用螺栓连接。　正洞二次衬砌在７　ｍ交叉口段套拱两侧各设置　４，４２锁脚锚管。必要时导洞钢架横梁两端加设临时　竖向木（钢）支撑。其他临时支护参数：　８的钢筋　网，网格间距２０　ｃｍ　ｘ２０　ｃｍ；＋２２系统锚杆长３．０　ｍ，　１道伸缩缝，防止不均匀沉降，引起交叉口处正洞混　凝土衬砌开裂。　（２）小导洞开挖　间距１．０　ｍ　ｘ　１．０　ｍ梅花形布置；喷射２０　ｃｍ厚的　Ｃ２５混凝土（见图３）。　斜井二衬完成后，垂直正洞走向，采用２．４　ｍ　ｘ　小导洞钢架　ｆ问距６０　ｅｍ）　Ａ　Ｉ　蝴初　Ｊ￣ｋ？　正洞初期　（２６　ｃｍ　根　４２锚　Ｌ＝３．０ｍ　Ｉ　高　＿厂７　Ｉ２０ａ钢榘　钢筋网　６＠２０￣２０　ｃｍ　连接筋　２２＠１　ｍ　Ｃ２０喷混凝－＋－２０　ｃｍ　２　Ｕ墨堕塑堑　Ｌ＝２、５ｍ　部横律　Ｉ　Ｉ　丝　Ａ．Ａ断面　型／钢￣底，Ｉ荟　ｊ　．图３交叉段立面（单位：ｃｍ）　施工中，导洞临时支护体系中的顶部钢架横梁　位于正洞初期支护外，后期施做套拱和进行正洞初　期支护时不再取出，所以小导洞拱顶高程超出正洞　设计开挖线６０　ｃｍ，以满足临时支护厚度和预留　２０　ｃｍ变形量需要。　（３）套拱施工　（４）正洞施工　小导洞内的套拱施做完后，安设正洞Ⅳ级围岩　４榀Ｉ２２ａ的钢架，６０　ｃｍ间距，并与套拱钢架错开设　置，钢架一侧落脚于斜井二衬混凝土中的预埋钢桩　上，钢架另一侧底脚支在混凝土垫块上，对钢架的连　接处和底脚处，每处施做长４　ｍ的４，４２锁脚锚管两　根；小导洞内的正洞初期支护完成３日后，拆除小导　洞一侧的临时支护，按照Ⅳ级围岩的施工方法向前　人工开挖和支护５　ｍ，然后采用人工配合挖掘机进　小导洞施做完毕后及时在其钢架内侧施做宽度　为２．０　ｍ的套拱，并于正洞初期支护完成后向两侧延　伸套拱，每侧各增加２．５　ｍ，即７　ｍ长套拱，以确保斜　井范围均有套拱保护。套拱钢架为Ｉ２０ａ型钢，小导洞　内设有套拱钢架４榀，间距６０　ｃｍ，两侧延伸套拱钢架　间距８０　ｃｍ，每侧各３榀；＋２２连接筋进行纵向连接，　间距８０　ｃｍ；喷射２０　ｃｍ厚的Ｃ２５混凝土。　行开挖和支护１０　ｍ后，封闭掌子面掉头向后按照Ⅳ　级围岩的施工方法开挖，待施工空间满足后，两侧工　作面可以同时平行施工。　套拱钢架一侧落脚于斜井加强环处的Ｉ２５ａ钢　桩头上，另一侧落脚于正洞起拱线处纵向放置的　３２ａ槽钢上，并在此处设置６０　ｃｍ宽的扩大拱脚，并　打设６根长４　ｍ的４，４２锁脚锚管。　４劳力、机械设备配置　劳力配置：开挖、立架、挂网工班２　Ｘ　１０人；安设　锚杆工班８人；喷射混凝土工班２　Ｘ６人。　主要机械设备配置：ＡＴＬＡＳ挖掘机１台，柳工　８５６装载机２台，ＴＫ５００湿喷机２台，１１０　ｋＷ压人　式通风机１台，斯太尔自卸车３辆，６　１ＴＩ斜井整体　式衬砌台车１部，双液注浆机１台，ＪＳ５ＯＯ、ＪＳ１０００　型搅拌机各１台，型钢弯曲机２台，电焊机６部，气　割设备１部。　５　结束语　加强斜井加强段和正洞洞身段围岩的监控量　测，根据量测结果及时调整加强支护参数，如收敛过　大，增加横撑；下沉过大，增加竖撑，确保施工安全。　小导洞首榀钢架与斜井加强环钢架间设置纵向　斜撑进行牢固焊接，保证小导洞稳定。　在地质较差的情况下，这种方法能在短时间内　获得足够的空间进行施做正洞仰拱，及时封闭成环，　保证此处在复杂应力下围岩稳定，实践证明该方法　是安全可行的。