楊延勇

(中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東青島 266061)

1 隧道斜井轉(zhuǎn)正洞存在問(wèn)題

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)鐵路市場(chǎng)的發(fā)展，受地形、地貌影響，隧道工程數(shù)量也大量增加，而在長(zhǎng)大隧道施工中，受施工工期的制約，需設(shè)置斜井、豎井或平行導(dǎo)坑等來(lái)實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)隧短打”，達(dá)到縮短施工工期的目的。在我國(guó)已建成的隧道中，斜井設(shè)置較為常見(jiàn)［1］。其中斜井與正洞過(guò)渡段為最關(guān)鍵部位，如何實(shí)現(xiàn)斜井轉(zhuǎn)正洞施工安全、合理、快速是目前各相關(guān)單位共同研究的課題，同時(shí)斜井轉(zhuǎn)正洞施工尚存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

(1)對(duì)于鐵路隧道斜井轉(zhuǎn)正洞施工，一些情況下只給出設(shè)計(jì)框架或說(shuō)明，需要施工單位結(jié)合斜井轉(zhuǎn)正洞的圍巖情況以及施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度等實(shí)際情況進(jìn)行細(xì)化。

(2)斜井轉(zhuǎn)正洞過(guò)渡段是薄弱環(huán)節(jié)，尤其是軟弱圍巖隧道的斜井與正洞交叉口處，處理不當(dāng)會(huì)造成初期支護(hù)變形較大，甚至塌方［2］。

(3)隧道斜井轉(zhuǎn)正洞要采取挑頂方法操作，而挑頂施工方法比較多，總的來(lái)說(shuō)分為垂直挑、斜向挑兩種［3］，而在軟弱破碎圍巖地段采用挑頂?shù)木唧w施工方法并沒(méi)有模式化的解決辦法。

2 工程概況

新建山西中南部鐵路通道工程為雙線鐵路，其等級(jí)為國(guó)家Ⅰ級(jí)重載鐵路，設(shè)計(jì)軸重300 kN，其ZNTJ-19標(biāo)西鐵車2號(hào)隧道位于山東省萊蕪市西鐵車村東南至沂源縣小張莊村，隧道穿越碌碡陡坡及山間河谷區(qū)。隧道里程 DK1076+119～DK1083+970，全長(zhǎng)7 851 km，為單洞雙線隧道，設(shè)計(jì)為單面坡。該隧道在DK1080+356處設(shè)置1處斜井，雙車道斷面，凈寬7.7 m，拱頂距斜井底高度6.2 m，斜井位于線路前進(jìn)方向左側(cè)，與正洞平面交角為89°，斜長(zhǎng)672.7 m，綜合坡度為8.7%，斜井進(jìn)入正洞后雙方向施工。斜井與正洞相交處圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，開(kāi)挖斷面面積為97.7 m2，巖性為灰?guī)r夾頁(yè)巖，薄層狀，產(chǎn)狀近水平，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖遇水易軟化，開(kāi)挖后存在掉塊現(xiàn)象，并有少量滲水。斜井自2010年11月17日進(jìn)洞以來(lái)，穿越圍巖多為薄層狀灰?guī)r，地質(zhì)條件極差，工期壓力巨大。選擇合理的斜井轉(zhuǎn)正洞施工方法顯得尤為重要。

3 斜井轉(zhuǎn)正洞的設(shè)計(jì)

3.1 斜井轉(zhuǎn)正洞總體方案

根據(jù)斜井使用時(shí)間較長(zhǎng)以及斜井轉(zhuǎn)正洞相交處受力復(fù)雜的特點(diǎn)，斜井轉(zhuǎn)正洞應(yīng)在適當(dāng)保守的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和實(shí)際圍巖開(kāi)挖情況，確定西鐵車2號(hào)隧道斜井與正洞交叉處圍巖與設(shè)計(jì)相符?？紤]此種情況，同時(shí)為便于將來(lái)主洞施工，在斜井口DK0+005～DK0+000段設(shè)置為喇叭口狀，喇叭口與斜井呈30°角，斜井轉(zhuǎn)正洞施工過(guò)渡段設(shè)置5 m［4］，即斜井施工至DK0+005，進(jìn)入斜井轉(zhuǎn)正洞前期過(guò)渡，斜井?dāng)嗝嬷饾u抬高和加寬。斜井轉(zhuǎn)正洞施工采用鋼拱架和“門”式鋼架挑頂和加寬，再采用加強(qiáng)支護(hù)門式小導(dǎo)洞爬坡進(jìn)入正洞交叉段，然后施作正洞交叉段支撐體系，直至轉(zhuǎn)入正洞正式施工。斜井與正洞相交處施工順序示意如圖1所示。

圖1 斜井與正洞相交處施工順序示意(單位:m)

3.2 斜井與正洞相交處施工布置

斜井與正洞相交處施工平面、立面如圖2、圖3所示。

3.3 斜井與正洞交叉口處“門”架設(shè)計(jì)

(1)斜井與正洞交叉口處設(shè)置“門”式鋼架與鋼拱架加強(qiáng)環(huán)作為主洞初期支護(hù)鋼拱架半幅的支撐載體。因該處應(yīng)力集中，為薄弱環(huán)節(jié)，該處采用并排2榀I20a型鋼鋼拱架制成，再在其正上方安裝并排2榀I20a型鋼制成的“門”式鋼架，頂部橫梁與豎向支撐采用焊接16 mm厚鋼板后，再用M24×80 mm螺栓連接，鋼拱架和“門”式鋼架均采用φ16 mm短鋼筋縱向連接，同時(shí)兩者之間也采用鋼筋焊接連成整體。斜井與正洞相交處門架正面示意如圖4所示。

圖2 斜井與正洞相交處施工平面(單位:m)

圖3 斜井與正洞相交處施工立面(單位:m)

圖4 斜井與正洞相交處門架正面示意(單位:m)

3.4 小導(dǎo)洞內(nèi)門架的設(shè)計(jì)

斜井轉(zhuǎn)正洞首先采用門式小導(dǎo)洞爬坡進(jìn)入?？紤]工作空間需求，小導(dǎo)洞凈寬設(shè)計(jì)為3.5 m，高度根據(jù)正洞斷面高度適當(dāng)加高，以滿足后續(xù)正洞初期支護(hù)施工要求。小導(dǎo)洞內(nèi)門架采用I12.6型鋼現(xiàn)場(chǎng)拼裝制成，頂部橫梁與豎向支撐采用焊接厚16 mm鋼板后，再用M24×80 mm螺栓連接。小導(dǎo)洞門架拼裝大樣如圖5所示。

圖5 小導(dǎo)洞門架拼裝大樣(單位:cm)

4 斜井轉(zhuǎn)正洞施工要點(diǎn)

4.1 過(guò)渡段施工

斜井DK0+005～DK0+000過(guò)渡段采用臺(tái)階法施工。根據(jù)喇叭口和正洞拱頂高程情況，將斜井?dāng)嗝嬷饾u抬高和加寬。初期支護(hù)鋼拱架采用I16型鋼制成，鋼拱架縱向間距1.0 m，上臺(tái)階拱腳處每側(cè)設(shè)置雙排φ42 mm×5 mm鎖腳錨桿，單根長(zhǎng)4.5 m。鋼架上滿鋪鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)間距25 cm×25 cm。系統(tǒng)錨桿拱部采用φ25 mm中空錨桿，邊墻采用φ22 mm全長(zhǎng)粘結(jié)砂漿錨桿，間距1.5 m×1.5 m，單根長(zhǎng)3.5 m，錨桿尾端與鋼拱架焊接牢固。鋼拱架間采用φ22 mm鋼筋縱向連接，縱向連接筋環(huán)向間距1.0 m。噴射混凝土厚度25 cm。

當(dāng)斜井上臺(tái)階開(kāi)挖至與正洞開(kāi)挖輪廓線交叉點(diǎn)處時(shí)，先精確安裝斜井口最后一榀雙排鋼拱架，再在其正上方安裝門架，鋼拱架與門架采用鋼筋焊接連成整體。在環(huán)向施作1環(huán)φ25 mm中空錨桿，間距1.0 m，單根長(zhǎng)3.5 m，錨桿尾端與門架焊接牢固，上臺(tái)階門架腳部每側(cè)設(shè)雙排φ42 mm×5 mm鎖腳錨桿，同時(shí)采用φ22 mm縱向連接筋與后方鋼拱架焊接牢固，然后噴射混凝土封閉門架邊墻部位。因該處處于正洞交叉位置，應(yīng)力集中，為保證安全，噴射混凝土厚度30 cm。

4.2 斜井轉(zhuǎn)正洞

斜井上臺(tái)階繼續(xù)開(kāi)挖，采用門式小導(dǎo)洞爬坡進(jìn)入正洞交叉段。小導(dǎo)洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)鋼架采用I12.6型鋼制成的門架，門架凈寬3.5 m，縱向間距1.0 m，腳部每側(cè)設(shè)置單排φ42 mm×5 mm鎖腳錨桿，單根長(zhǎng)3.0 m。門架頂部鋪設(shè)間距為25 cm×25 cm的鋼筋網(wǎng)，并打設(shè)φ25 mm中空錨桿，單根長(zhǎng)2.5 m，間距1.0 m×1.0 m，錨桿尾部伸出支護(hù)表面25 cm，預(yù)備與正洞鋼拱架連接。鋼架間采用φ22 mm鋼筋縱向連接，縱向連接筋環(huán)向間距1.0 m。噴射混凝土厚度不小于10 cm。

4.3 小導(dǎo)洞內(nèi)正洞初期支護(hù)施工

小導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)直至正洞右側(cè)開(kāi)挖輪廓線外側(cè)完成，開(kāi)始施作正洞初期支護(hù)。小導(dǎo)洞內(nèi)正洞交叉段初期支護(hù)適當(dāng)加強(qiáng)，鋼拱架采用I20a型鋼鋼架，鋼架縱向間距1.2 m，并與小導(dǎo)洞內(nèi)預(yù)留出的系統(tǒng)錨桿焊接牢固。鋼架一端支撐于正洞右側(cè)基巖上，并設(shè)置雙排φ42 mm×5 mm鎖腳錨桿，單根長(zhǎng)4.5 m，另一端支撐于斜井口處門架頂部橫梁上。施工時(shí)，在門架頂部橫梁焊接打孔鋼板，用M24×80 mm螺栓與正洞鋼拱架連接。鋼拱架間采用φ22 mm鋼筋縱向連接，縱向連接筋環(huán)向間距1.0 m。噴射混凝土厚度25 cm。

4.4 正洞開(kāi)挖支護(hù)施工

小導(dǎo)洞內(nèi)正洞初期支護(hù)施工完成后，根據(jù)工程特點(diǎn)要求，先將正洞小里程側(cè)門架拆除，開(kāi)挖上部弧形導(dǎo)坑，并按小導(dǎo)洞內(nèi)正洞交叉段支護(hù)形式進(jìn)行支護(hù)。鋼拱架縱向間距1.2 m，其上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)間距25 cm×25 cm。拱部打設(shè)φ25 mm中空錨桿，單根長(zhǎng)3.0 m，縱、環(huán)向間距1.2 m×1.0 m。噴射混凝土厚度25 cm。開(kāi)挖支護(hù)施工直至斜井口處門架端頭，噴射混凝土封閉掌子面，暫停小里程方向開(kāi)挖。然后按上述步驟反向施工至斜井口處門架另一端頭，至此正洞上部弧形導(dǎo)坑初期支護(hù)施工完畢。開(kāi)始按設(shè)計(jì)Ⅳ級(jí)圍巖施工方法向小里程方向逐步擴(kuò)挖成正洞上臺(tái)階，形成工作面，支護(hù)完畢后噴射混凝土封閉掌子面，反向開(kāi)挖斜井口門架范圍內(nèi)正洞中導(dǎo)坑。

斜井口門架范圍外正洞兩端上臺(tái)階開(kāi)挖20 m之后，開(kāi)挖斜井過(guò)渡段下導(dǎo)坑和門架范圍內(nèi)正洞下導(dǎo)坑。中、下導(dǎo)坑開(kāi)挖過(guò)程中，要先將門架和斜井段鋼架落底，再將門架范圍內(nèi)正洞線路右側(cè)鋼架落底。至此正洞交叉段全部施工完成，可按設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)入正洞正式施工。

4.5 施工注意事項(xiàng)

(1)對(duì)于軟弱圍巖隧道斜井轉(zhuǎn)正洞過(guò)渡段施工，斜井、小導(dǎo)洞、正洞施工均要堅(jiān)持“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行，一次開(kāi)挖進(jìn)尺一般不大于1榀鋼架間距。

(2)機(jī)械開(kāi)挖和排險(xiǎn)時(shí)，為防止挖掘機(jī)等大型機(jī)械與已支護(hù)好鋼架發(fā)生碰撞，造成鋼架損壞，施工過(guò)程中要指派專人進(jìn)行指揮，嚴(yán)格限制機(jī)械作業(yè)限界，防止碰撞鋼架。

(3)斜井過(guò)渡段施工前，要做好過(guò)渡段、正洞交叉段支撐體系鋼拱架、斜井口和小導(dǎo)洞門架細(xì)部尺寸以及各項(xiàng)開(kāi)挖斷面的技術(shù)交底工作，確保施工順利進(jìn)行。

(4)斜井口處門架要求必須定位準(zhǔn)確，門架和正洞交叉段支撐體系鋼拱架不得侵限。

(5)鋼拱架和門架邊墻拱部(頂部)、邊墻用噴射混凝土充填密實(shí)。腳部空隙要用混凝土楔塊頂緊，不得置于虛渣和松動(dòng)圍巖上，軟弱圍巖地段，腳部須加設(shè)墊板或墊梁，確保鋼架置于牢固的基礎(chǔ)上。

(6)斜井口處門架中、下導(dǎo)坑接長(zhǎng)時(shí)，要盡快完成，必要時(shí)設(shè)豎向臨時(shí)支撐頂部后再接長(zhǎng)，避免暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成下沉，同時(shí)兩端不得同步進(jìn)行。

(7)斜井與正洞掌子面施工時(shí)，要設(shè)專人值班，隨時(shí)觀察圍巖及支護(hù)狀態(tài)的穩(wěn)定性。

(8)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，及時(shí)核對(duì)地質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符要及時(shí)調(diào)整施工方案。

(9)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是隧道施工管理的重要組成部分［5］。施工過(guò)程中要加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，斜井口門架頂部中心、邊墻設(shè)置一組監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)。正洞交叉段支撐體系范圍每5 m一個(gè)斷面設(shè)置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，每天觀測(cè)2次，如有異常，要及時(shí)通知相關(guān)單位采取措施處理。同時(shí)可對(duì)斜井與正洞交叉口處“門”架橫梁兩端、中心以及邊墻豎向支撐進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，總結(jié)應(yīng)力徐變規(guī)律，為及時(shí)修正支護(hù)參數(shù)和后續(xù)施工提供參考。

(10)錨桿與鋼架、鋼架間縱向連接筋必須焊接牢固，保證鋼架與噴射混凝土連成一體。

(11)及時(shí)施作斜井交叉口處二次襯砌和正洞交叉段口處仰拱及兩端二次襯砌，確保安全施工。

(12)制定斜井轉(zhuǎn)正洞安全施工應(yīng)急預(yù)案，做好應(yīng)急物資、設(shè)備的儲(chǔ)備工作。

(13)考慮實(shí)際施工時(shí)圍巖變化復(fù)雜等因素影響，可適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)措施，如縮小鋼架縱向間距、增加錨桿長(zhǎng)度和密度、增加超前小導(dǎo)管支護(hù)等，且為確保施工安全，實(shí)際施工時(shí)斜井口處門架下方再安設(shè)并排2榀I20a型鋼拱架并噴射混凝土做支撐。

(14)必要時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可在斜井過(guò)渡段施作二次襯砌，二次襯砌模板可采用木模或小塊鋼模拼裝制成。

5 結(jié)語(yǔ)

斜井為隧道正洞開(kāi)辟新的工作面，可達(dá)到加快施工進(jìn)度的目的，而斜井能否順利進(jìn)入正洞，成為影響施工進(jìn)度的關(guān)鍵。提出在斜井轉(zhuǎn)正洞過(guò)渡段設(shè)置喇叭口形式，成功應(yīng)用于山西中南部鐵路通道ZNTJ-19標(biāo)西鐵車2號(hào)隧道斜井轉(zhuǎn)正洞施工實(shí)踐中。實(shí)踐證明，喇叭口形式提高了施工工效，減少了施工過(guò)程中交叉作業(yè)的安全隱患，同時(shí)，利用斷面特點(diǎn)可有效地抵消交叉口處正洞初期支護(hù)對(duì)斜井的縱向推力作用［2］。該方案合理可行，安全可靠，通過(guò)合理的工序安排，并以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度嚴(yán)格按照規(guī)范施工，西鐵車2號(hào)隧道從斜井過(guò)渡段到轉(zhuǎn)入正洞施工僅用時(shí)10d，安全無(wú)傷亡，為正洞施工贏得了時(shí)間，取得了業(yè)主和設(shè)計(jì)方的認(rèn)可。

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