黄土隧道斜井进正洞挑顶施工工法

黄土隧道斜井进正洞挑顶施工技术

工法编号：ZJJTGF-××××-2013 编制单位：中建铁路建设有限公司 主要执笔人：刘衍文 袁志强 吴迪

1.前言

目前国内铁路建设周期普遍较短，长大隧道不可避免的依靠设置斜井的手段来增加作业面，减小工期压力。黄土隧道相比石质隧道，在挑顶段的受力更为复杂，对于挑顶的方法和工序安排要求更高，本文以石鼓山1#斜井为例，浅谈黄土隧道挑顶施工技术。

2.工法特点

2.1利用辅助坑道的自身结构作为支撑结构，减少了临时支护钢支撑和混凝土的用量，节约成本。

2.2采用台阶法开挖挑顶，较少了对围岩的扰动，提高了安全效益。

2.3利用正洞钢架直接参与支护体系，将整体钢架分成若干单元，与支撑结构形成稳定的单元结构，对隧道施工的安全稳定性提供了保证。

2.4一次性快速的进行了正洞台阶法的施工，避免了二次施工，大大减少了工期。

3.适用范围

本工法适用于黄土隧道斜井进正洞挑顶施工，特别适合软弱、自稳性差的黄土隧道。

4.工艺原理

黄土隧道自身结构不稳定，自稳性差，开挖过程中要尽量控制开挖轮廓，减少对围岩的扰动，避免造成围岩失稳，特别是在辅助坑道进正洞三岔口处及其不稳定。这就要求在施工过程中避免大面积开挖。 “挑顶”，就是将正洞的一个洞室分解成小洞室，分段开挖。以辅助坑道衬砌结构为基点，对小洞室单元结构进行支撑，形成稳定的三角结构。同时有效地快速对正洞进行支护，完成正洞台阶法施工转换。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

本工法的施工工艺流程见 表1斜井与正洞相交处施工流程表

5.2 操作要点

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5.2.1交叉段正洞开挖方法确定

石鼓山隧道1#斜井正洞挑顶施工采用棚洞爬坡、开挖至正洞左线上台阶拱脚位置，主要以棚洞法为施工方法。

5.2.2棚洞大小确定

根据超前地质预报结果：XK0+11-XK0+00段，地层岩性上部为粗砂，下部为粉质粘土，由于挑顶施工断面的增大会导致围岩自稳性降低，容易发生坍塌，同时考虑到开挖时对围岩的扰动以及现场机械设备、设计斜井与正洞相接的断面又不影响施工的前提下，选定棚洞形状为斜八字型，顶宽3.0m，底宽5.0m，高度4.0m。在棚洞开挖前，对开挖轮廓预留40cm的变形量，设计要求为15-20cm，但经过借鉴石鼓山隧道进口与石鼓山隧道出口的监控量测数据，我工区决定将预留变形量暂定为35cm，确保沉降在可控范围内。

5.2.3爬坡坡度确定

考虑到施工机械施工可操作性，同时考虑正线隧道与正洞拱顶高差大，经分析，最终确定爬坡坡率为25%，爬坡段10米。

5.2.4开挖顺序确定

考虑到斜井双向掘进、斜井与正洞夹角，正洞围岩等因素，先向小里程施工，再向大里程施工。

5.3施工准备

5.3.1内业准备

斜井与正洞拱顶高差计算：

斜井拱顶标高=轨面标高606.8475-0.19+6=轨面标高+5.81m； 拱腰标高=轨面标高+2.27+7.395×tag30°=轨面标高+6.54m; 斜井拱顶与正洞拱顶高差

正洞拱顶：轨面标高606.8475m+8.68 m=615.5275m

斜井拱顶与正洞拱顶高差: 正洞拱顶615.5275m-斜井拱顶612.6575m=2.87m

设计图纸已经审核，隧道设计中线、标高及结构尺寸准确无误。在进正洞挑顶前认真阅读审核施工图纸，精确计算出正洞坐标及标高，结构尺寸。制定施工安全保证措施及应急预案。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。

5.3.2外业准备

施工作业中所使用的材料及各种施工机具设备的准备工作，详见施工人员及机具配置表。现场施工放样并经工区及项目部审核。

表1斜井与正洞相交处施工流程表

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施工顺序 示意图 说明 1、在斜井开挖接近正洞相交里程时， 1 1、在斜井与正洞相交处，采用棚洞进入主洞进行开挖。 2、棚洞断面和支护参数视地质情况可进行调整 2 3、棚洞开挖应预留沉降量和套拱的厚度 4、在棚洞内加设套拱钢架并喷射混凝土 1、在套拱内施作4榀正洞中台阶初期支护 2、沿隧道正洞方向，拆除棚架一侧的临时支护，向前按V级围岩开挖方法和支护3 参数施工上部导坑。向前开挖4m后，喷射混凝土封闭掌子面，暂停该方向开挖 3、调头拆除棚架一侧的临时支护，按 正洞V级围岩施工方法开挖上部导坑。进行正常开挖 逐渐抬高斜井拱顶高程，至正洞上台阶拱脚处，接长钢架长度。 2、斜井掘进至正洞开挖轮廓线后，在交叉口处施作加强环 3、及时施作斜井交汇段二衬 1、按照三台阶临时仰拱(横撑)方法进行正洞施工 4 2、正洞小里程方向开挖50米后进行二衬台车拼装

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5.4 总体施工方案 斜井进正洞施工

斜井进入正洞采用横向棚架法。

斜井进入正洞前，斜井与正洞交界处，根据围岩、地质情况及安全施工和公司要求，及时封闭成环并浇筑二衬之后方可开挖进入正洞。

斜井与隧道平面关系示意图如下：

图1 斜井与隧道平面关系示意图

I25a的门型钢架由上下横撑和竖撑组成。门型钢架两侧的超挖部分采用喷射混凝土回填密实；门型钢架顶部按间距60cm，高度50cm的钢桩头，钢桩头顶部设连接钢板与正洞上台阶拱架采用高强螺栓连接牢固。

门架两侧各增设6根长度为3.0m的Φ42mm锁脚锚管和8根3.5m长Φ22砂浆锚杆，并喷射30cm厚C25混凝土。

在XK0+17-XK0+10段，斜井初支的7榀异形钢架加设I16仰拱钢架，仰拱喷射20cm厚的C25混凝土。确保正洞和斜井交叉口处的共同受力，如图“交叉口正洞侧面图”

图2 斜井与正洞交接处钢架布置图

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图3 交叉口正洞立面图

交叉段斜井及时施做加强钢筋混凝土二衬（30m）,交叉口段正洞上台阶施工时左侧按设计进行施工，拱墙坐落于基岩上，右侧钢架坐落于托梁（门型钢架）上，如上图交叉口正洞立面图所示。保证交叉地段三维受力状态围岩的稳定。斜井支护施工中要严格按设计操作，保证锁脚锚杆和纵向连接筋的施工质量。

主洞钢架

I 工字钢托梁 I25I 工字钢支撑 25图4 正洞钢架与门型钢架连接示意图

5.4.1斜井交叉口处二衬施工

在挑顶施工前，施作完成斜井交叉口处二衬，确保施工安全。斜井衬砌采用模板台车衬砌，混凝土采用自动计量拌和站拌和，泵送混凝土施工工艺。

隧道衬砌必须保证其中线、水平、断面尺寸、净空大小符合设计要求，每衬砌循环不论长短都要进行测量放样，复核检查。模板台车准确就位，模板面光滑平顺，不漏浆，接缝严密整齐。脱模后对模板认真整修，使每段衬砌接缝平整，内实外光。

5.4.2棚洞挑顶施工

5.4.2.1棚洞开挖：斜井二衬完成，按垂直正洞走向采用3.0m*5.0m（顶部净宽3m）的棚洞以上坡方式开挖至正洞左侧侧上台阶拱脚位置处，棚洞钢架临时支护及时跟进，如图“斜井进入

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