富水破碎地層隧道斜井與主洞交叉處施工控制技術(shù)

潘彥邑，喻亮，劉晨，周勇，肖榮

（中國建筑第八工程局有限公司南方公司，廣東 深圳 518100）

1 工程概況

平田隧道位于廣西欽州市靈山縣境內(nèi)，是大塘至浦北高速公路項目主要控制性工程之一。隧道左線起訖里程樁號為ZK40+070～ZK45+180，長5 110m；隧道右線起訖里程樁號為YK40+085～YK45+190，長 5 105m，隧道設(shè)置 1 座斜井，斜井全長525m，縱向坡度為9.948%，斜井采用無軌運輸，與隧道正洞左、右線分別交會于ZK42+785、YK42+804.5，左右洞相交連接處設(shè)置輔助通道。隧道斜井與主洞交叉處BIM 模型如圖1 所示。

圖1 隧道斜井與主洞交叉處BIM 模型圖

隧道全隧圍巖以中～強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)泥巖為主，富水、軟弱松散破碎，同時受斷層帶影響，隧道洞身存在受力不均、易出現(xiàn)掌子面坍塌、涌水涌泥、支護(hù)變形等現(xiàn)象，特別是斜井與主洞交叉處，應(yīng)力集中問題更加明顯，極易出現(xiàn)拱頂大范圍掉塊、坍塌的風(fēng)險，大大制約了隧道施工安全。

2 施工方案

隧道斜井與主洞交叉處及輔助施工通道洞身通過“鉆爆法+機(jī)械開挖法”相結(jié)合的形式掘進(jìn)，并及時進(jìn)行支護(hù)。圍巖較軟弱時采用挖機(jī)直接開挖或用破碎錘破碎后出渣；圍巖較硬時，采用鉆爆法掘進(jìn)，通過引進(jìn)電子數(shù)碼雷管，精確的延遲確保微差減震，有效減少爆破對圍巖的震動以控制成形。嚴(yán)格控制每循環(huán)開挖進(jìn)尺為1 榀鋼拱架長度，采用噴、網(wǎng)、錨、鋼架等聯(lián)合支護(hù)【1】。

2.1 洞身開挖及初期支護(hù)

1）當(dāng)斜井洞身掘進(jìn)至與主洞交界處時，暫停下臺階開挖，繼續(xù)開挖掘進(jìn)起拱線以上部分的上臺階，直至與主洞拱部交界橫梁處為止【2】，該段洞身初期支護(hù)采用I18 型鋼拱架，縱向間距80cm；超前支護(hù)采用φ42mm×4mm 注漿小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管環(huán)向間距40cm，排距2.4m，長4.0m/根，每環(huán)26 根。隧道斜井與主洞交叉處開挖工序斷面如圖2 所示。

圖2 隧道斜井與主洞交叉處開挖工序斷面圖

2）根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸要求，加工并施作斜井洞身與主線左洞交叉口處上半斷面門架，門架頂部橫梁采用I22b 型鋼，同時將主洞鋼支撐垂直與門架橫梁連接牢固，主洞鋼支撐采用I20a 型鋼，間距（即縱向0.8m）；并于拱架每一處連接接頭設(shè)置4 根φ42mm×4mm 鎖腳注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長4.0m/根。斜井與主洞交叉口型鋼門架與主洞鋼支撐布設(shè)如圖3 所示。

3）開挖并及時支護(hù)交叉口處主洞拱頂，同時，按設(shè)計要求施作另一側(cè)門架頂部I22b 型鋼橫梁及豎向支撐【3】。斜井與主洞交叉連接處拱頂為圍巖應(yīng)力較集中部位，極易出現(xiàn)因受力不均導(dǎo)致出現(xiàn)變形下沉開裂，甚至出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，因此，對連接處橫梁每間隔80cm 設(shè)置4 根φ42mm×4mm 鎖腳注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長6.0m/根。鎖腳注漿小導(dǎo)管布設(shè)如圖4 所示。

圖3 斜井與主洞交叉口型鋼門架與主洞鋼支撐布設(shè)圖

圖4 鎖腳注漿小導(dǎo)管布設(shè)圖

4）采用短臺階法及時跟進(jìn)下臺階開挖支護(hù)與仰拱襯砌施工，施工過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測，控制沉降量，確保初期整體支護(hù)的穩(wěn)定。

5）輔助施工橫洞與右線交叉時采用與左線交叉口相同的方法進(jìn)行。

2.2 隧道主洞掘進(jìn)

當(dāng)輔助施工橫洞下臺階作業(yè)面通過左線1 個臺車長度后，即可開始在輔助施工橫洞內(nèi)進(jìn)行主洞作業(yè)臺車組裝。臺車組裝完成后，先利用臺車側(cè)面進(jìn)行主洞超前支護(hù)施工，然后，再按環(huán)形開挖預(yù)留核心土法開挖主洞作業(yè)面。當(dāng)主洞單側(cè)掘進(jìn)20m 后臺車調(diào)頭開挖另一側(cè)主線，并在后方主洞作業(yè)段內(nèi)組裝另一架作業(yè)臺車。主洞作業(yè)面施工順序如圖5 所示。

圖5 主洞作業(yè)面施工順序示意圖

2.3 輔助施工橫洞二次襯砌施工

當(dāng)輔助施工橫洞仰拱完成澆筑后，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)情況，若初期支護(hù)變形收斂穩(wěn)定后即可開始對輔助施工橫洞進(jìn)行二次襯砌施工。襯砌拱墻及拱部模板使用整體式襯砌臺車模板，臺車長度10m；跨越主線段采用木模封口，模板應(yīng)拼接緊密，縫隙處使用海綿條或膠條填塞密封，模板應(yīng)支撐牢固，澆筑時對稱澆筑，并嚴(yán)格落實振搗，確保襯砌混凝土密實，強(qiáng)度符合要求【4】。

3 安全質(zhì)量保證措施

1）斜井與正洞交叉口地段為應(yīng)力集中部位，錨桿的質(zhì)量、長度，噴混凝土的質(zhì)量、厚度以及鋼拱架的安裝位置、間距等須嚴(yán)格按方案要求進(jìn)行。

2）制定詳細(xì)的監(jiān)控量測計劃，設(shè)專職量測組，負(fù)責(zé)日常的測點埋設(shè)、監(jiān)控量測、數(shù)據(jù)處理分析和儀器保養(yǎng)等工作，確保量測數(shù)據(jù)能及時、準(zhǔn)確、反饋可靠，為施工提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)，保證施工的安全。

3）隧道施工前加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行掌子面前30m 左右的短期超前地質(zhì)預(yù)報，掌握掌子面前方的不良地質(zhì)分布情況。當(dāng)掌子面接近不良地質(zhì)體10m 左右時，應(yīng)采用鉆孔進(jìn)行驗證。根據(jù)物探與鉆探結(jié)果，并結(jié)合前期地勘成果及地質(zhì)調(diào)查資料，綜合判定不良地質(zhì)體的范圍與程度。

4）洞身開挖嚴(yán)格控制超欠挖，噴混凝土采用濕噴技術(shù)，確保鋼支撐有足夠強(qiáng)度、剛度且連接牢固，仰拱和襯砌施工前，對中線、高程、斷面尺寸和凈空大小進(jìn)行仔細(xì)檢查核對，必須準(zhǔn)確無誤且符合設(shè)計要求后，方可灌注混凝土【5】。

5）開挖人員到達(dá)工作地點時，應(yīng)首先檢查工作面是否處于安全狀態(tài)，并檢查支護(hù)是否牢固，掌子面如有松動的石、土塊或裂縫應(yīng)先清除。有危險的地方應(yīng)設(shè)置明顯的警示標(biāo)志，并有防護(hù)、照明設(shè)施。

6）在隧道的掌子面開挖、噴錨、支護(hù)及仰拱部位的開挖、澆筑混凝土的過程中，必須確保逃生通道的完好，救生管道設(shè)置到位，并隨著開挖面的不斷掘進(jìn)而向前移動。

4 結(jié)語

隨著我國高速公路的快速發(fā)展，長大隧道的修建也越來越多，增設(shè)斜井已經(jīng)成為縮短工期及輔助通風(fēng)的常用方法。斜井如何轉(zhuǎn)入正洞成為隧道施工的重難點，也是該類隧道施工的關(guān)鍵問題所在，采用以上施工方法安全順利地完成了平田隧道斜井進(jìn)入正洞的施工，為后續(xù)高速公路長大隧道設(shè)置斜井、橫通道的施工提供了一定的參考。