軟弱圍巖地段支洞進(jìn)主洞施工技術(shù)

1 工程概況

某隧道1號支洞與主洞交叉口位于主洞中心里程K1+759.971處，支洞中心里程為XJK0+175.421，正洞與主洞為90°正交。該地段洞身地質(zhì)下部主要為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、輝綠巖及安山巖等，已砂化，上部為第四系塊、碎石土，局部有地下水滲出，整體性及自穩(wěn)性差。

交叉口主洞開挖斷面寬×高為12.04m×13.14m，支洞開挖斷面寬×高為7.46m×12.408m，主洞縱坡-4.56%，支洞縱坡-15%。相交點(diǎn)底板頂面高程為649.572m。支洞挑頂長度為28.543m，挑頂坡度與支洞縱坡夾角為15。（見圖1）。

2 施工方案

交叉口采用橫向棚架法進(jìn)行施工。自支洞挑頂起點(diǎn)里程按照挑頂坡度向正洞方向進(jìn)行開挖。開挖至正洞拱頂最高點(diǎn)后，再按照正洞拱頂至邊墻開挖弧度逐步縮小開挖斷面。向前開挖至正洞邊墻部位，從而形成橫向棚架空間，然后向一側(cè)開挖主洞。單側(cè)開挖10m后，再返向開挖另一側(cè)主洞，從而完成交叉口地段的開挖工作［1］。

2.1 施工方法

由于圍巖軟弱，自穩(wěn)性差，且有地下水滲出，每循環(huán)開挖前均先對掌子面及周壁進(jìn)行預(yù)注漿，固結(jié)圍巖，增加圍巖整體受力能力。開挖前先施作超前小導(dǎo)管并注水泥漿，每循環(huán)開挖完畢后及時(shí)噴射砼封閉掌子面及周邊圍巖［2］。

支洞自挑頂起點(diǎn)按照挑頂坡度向正洞方向進(jìn)行開挖，開挖前先施作超前小導(dǎo)管和超前預(yù)注漿，前期采用正臺階（開挖高度≤9m）法開挖，后期采用三臺階法開挖（開挖高度＞9m），循環(huán)進(jìn)尺1～1.5m，開挖后及時(shí)支立拱架、打錨桿、網(wǎng)噴混凝土。開挖支護(hù)至支洞與主洞相交處時(shí)，在支洞側(cè)加立3榀工字鋼門形架，做為以后該部位主洞開挖后拱架一側(cè)的支點(diǎn)。

繼續(xù)開挖支護(hù)至正洞拱頂最高點(diǎn)，然后繼續(xù)向前開挖支護(hù)至正洞外側(cè)邊墻部位。自最高點(diǎn)至正洞外側(cè)邊墻部位在進(jìn)行開挖時(shí)，為節(jié)約后期混凝土回填數(shù)量及施工便利，其開挖斷面拱部弧度仍采用支洞開挖斷面拱部弧度，僅按主洞支護(hù)弧度計(jì)算降低兩側(cè)立柱高度。

進(jìn)入正洞的支洞在開挖支護(hù)時(shí)，拱頂高程除開挖出正常預(yù)留變形量外，還要保證其拱部預(yù)留出一次性至少可支立3榀以上主洞拱架的高度，該高度可按主洞拱架間距結(jié)合支洞拱架頂部弧度進(jìn)行計(jì)算。

圖1 主支洞交叉口平面示意圖

按支洞中心線方向支立至少2～3榀主洞拱架，拱架底腳在支洞側(cè)與門架焊接牢固，另一側(cè)按主洞設(shè)計(jì)位置支立，并完成錨噴掛網(wǎng)等支護(hù)工作。

沿主洞方向向一側(cè)開挖并完成主洞拱架及各項(xiàng)錨噴支護(hù)工作，開挖支護(hù)10m后再返向以同樣方法進(jìn)行開挖，直至完成交叉口部位主洞開挖支護(hù)工作，主洞開挖采用三臺階法開挖。以上工作完成后進(jìn)行主洞和支洞的落底工作［3］。

2.2 施工步驟

（1）施工斜井接近與正洞相交里程段時(shí)，即挑頂里程段，施工超前小導(dǎo)管和超前預(yù)注漿，加固周邊圍巖，增強(qiáng)周邊圍巖整體性及受力能力。

（2）采用正臺階法（開挖高度≤9m）或三臺階法（開挖高度＞9m）開挖支護(hù)支洞，循環(huán)進(jìn)尺控制在1～1.5m以內(nèi)。開挖時(shí)調(diào)整斜井拱頂高程，接長邊墻拱架，拱頂抬高坡度一般控制在30%以內(nèi)。

（3）施工支洞至正洞開挖輪廓線后，在交叉口處施作加強(qiáng)環(huán)，加強(qiáng)環(huán)為三榀I25型工字鋼門架，門架間連接牢固。

（4）在施工斜井和正洞相交處時(shí)，采用棚洞法進(jìn)入正洞，棚架斜向上爬坡至正洞拱頂后，底腳以平坡，拱頂參照正洞拱架向下弧度開挖至正洞外側(cè)上臺階拱腳位置。

（5）在棚洞內(nèi)施作正洞上臺階初期支護(hù)，第一次施作，需一次性支立正洞至少2～3榀鋼拱架并網(wǎng)噴混凝土。

（6）沿隧道正洞方向，分次拆除（一次拆除控制在主洞1榀拱架間距長度）已立好正洞拱架一側(cè)的臨時(shí)支護(hù)，并按正洞開挖弧度輪廓線開挖已拆除臨時(shí)支護(hù)部分正洞，完成該部分正洞拱架、錨桿、網(wǎng)噴支護(hù)工作。沿此方向開挖10m后，噴射混凝土封閉掌子面，暫停該方向正洞開挖。

（7）然后按步驟（6）反向開挖支護(hù)主洞另一側(cè)，開挖完畢后噴射混凝土封閉掌子面，暫停該方向正洞開挖。

（8）待施工空間滿足后，施作斜井挑頂段和正洞段落底工作，落底時(shí)要分側(cè)分段進(jìn)行。

3 主要支護(hù)參數(shù)

（1）超前小導(dǎo)管：Φ42×3.5mm熱軋無縫鋼管，長度L=4.5m；環(huán)向間距40cm；

（2）超前預(yù)注漿：孔徑Φ110mm，孔深27m，孔底間距3～4m，注漿壓力為靜水壓力加1～2MPa，注漿范圍為開挖輪廓線以外3m；

（3）主洞系統(tǒng)錨桿：拱部Φ25組合中空錨桿，邊墻Φ22砂漿錨桿，長度L=3.5m；

（4）支洞系統(tǒng)錨桿：Φ22砂漿錨桿，長度L=3.5m；

（5）噴射混凝土：C25級混凝土，厚度主洞27cm，支洞23cm；

（6）鋼筋網(wǎng)片：Φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20*20cm；

（7）支洞鋼拱架：I16型工字鋼，縱向間距1m；

（8）主洞鋼拱架：I20a型工字鋼，縱向間距0.6m；

（9）門架鋼拱架：I25型工字鋼。

4 施工量測

要加強(qiáng)交叉口處的監(jiān)控量測工作，當(dāng)量測項(xiàng)目數(shù)據(jù)發(fā)生突變或累計(jì)變形量數(shù)值大于正常累積變形量數(shù)值時(shí)，要即時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)或?qū)σ延兄ёo(hù)進(jìn)行加固，確保開挖及支護(hù)安全。監(jiān)測斷面可按3～5m間距進(jìn)行設(shè)置。

主要量測項(xiàng)目分為必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目兩大類。其中必測項(xiàng)目主要包括：地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察、周邊位移、拱頂下沉、地表沉降等項(xiàng)目。選測項(xiàng)目主要包括：鋼架內(nèi)力及外力、圍巖體內(nèi)位移、圍巖壓力、錨桿軸力、支護(hù)及襯砌內(nèi)應(yīng)力、地表下沉、爆破振動(dòng)、滲水壓力及水流量等。

過程中要加密對上述項(xiàng)目的監(jiān)測，便于即時(shí)發(fā)現(xiàn)問題即時(shí)處理，確保過程中的施工安全。

5 施工主要注意事項(xiàng)

（1）1號支洞交叉口的加強(qiáng)環(huán)必須深入正洞初期支護(hù)斷面，保證為正洞的支護(hù)提供有力的支撐。

（2）在1號支洞向正洞和整個(gè)施工過程中，加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，并及時(shí)根據(jù)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工工序。

（3）施工過程中應(yīng)加強(qiáng)噴射混凝土質(zhì)量的控制，避免鋼架背后形成空洞。當(dāng)出現(xiàn)空洞時(shí)，應(yīng)采取注漿進(jìn)行填充，避免形成病害。

（4）鋼架應(yīng)在開挖或初噴混凝土后及時(shí)架設(shè)，安裝前應(yīng)清除底腳下的虛碴或雜物，鋼架與圍巖間的間隙必須用噴射混凝土填充密實(shí)，沿鋼架外緣每隔2m用混凝土塊楔緊。

（5）隧道開挖步距應(yīng)嚴(yán)格控制，做到開挖后即時(shí)支護(hù)、快速封閉。

（6）本地段施工嚴(yán)格遵循“管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、早封閉、勤量測”的原則。

（7）加強(qiáng)施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測工作，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測工作納入到施工工序管理過程中，并貫穿隧道施工全過程。

6 結(jié)束語

采用橫向棚架法進(jìn)行隧道軟弱圍巖交叉口段施工，具有挑頂距離短、爆破頻率低、對圍巖擾動(dòng)少、工序簡單、施工快捷、經(jīng)濟(jì)合理等特點(diǎn)，且保證下一循環(huán)的開挖均在已完成前期支護(hù)的情況下進(jìn)行，安全系數(shù)高，具有較好的借鑒意義。