大西铁路李家峰隧道1#斜井进正洞挑项施工技术研究

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【摘 要】 本文介绍了黄土隧道采用横向棚洞法斜井进正洞的施工方法，重点阐述了横向棚洞法的施工特点、施工工艺、施工组织安排及施工控制要点等，可为类似工程提供借鉴。

【关键词】隧道 斜井 挑顶 横向棚洞法

1.工程概况

李家峰隧道1号斜井位于霍州市李曹镇宋壁村境内，于李家峰隧道线路里程改DK449+400右侧设置本斜井，斜井开挖高度为7.78m，宽度9.81m。斜井洞身与线路西安方向夹角为83°，斜井长300m。1斜K0+00铺底面高程为861.1948，正洞内轨顶面高程为861.7098。1斜K3+00-1斜K1+75为7%下坡道，1斜K1+75-1斜K1+50为3%下坡道，1斜K1+50-1斜K0+25为7%下坡道，1斜K0+25-1斜K0+00为3%下坡道。斜井与正洞相接附近的1斜K0+025-1斜K0+000段采用错车道Ⅴ围岩模筑衬砌断面，设计开挖及支护参数如下：斜井洞身采用台阶法开挖，预留核心土，拱部120°范围内设φ42小导管超前支护，导管长3.5m，环向间距3根/m，纵向2m（2榀）施作1环；拱墙设I20a型钢钢架，间距1.0m；墙部设Φ22砂浆锚杆，间距1.0×1.0m，锚杆长3m；初期支护网喷砼厚25cm，φ8钢筋网间距20cm×20cm；拱墙模筑C25砼衬砌厚度为45cm，铺底C25砼衬砌厚度为45cm。

斜井与正洞交叉口附近的正洞洞身采用Ⅴa级黄土加强衬砌断面，洞身置于30‰的纵坡上，正洞采用三台阶临时仰拱法进行开挖，设计支护参数如下：支护采用I22a型钢钢架布置，间距0.6m；拱墙设Φ22系统锚杆，间距1.2×1.0m，拱部药包锚杆长2.5m，边墙砂浆锚杆长4m；初期支护拱墙网喷砼厚35cm，φ8钢筋网间距20cm×20cm，仰拱喷砼厚度同拱墙；拱墙模筑C35钢筋砼衬砌厚度为60cm，仰拱C35钢筋砼衬砌厚度为70cm。

2.正洞挑顶方案

2.1 施工程序

斜井进正洞的挑顶施工采用横向棚架法。

施工工序为：斜井掘进至（1斜K0+14.75）继续掘进并逐渐抬高斜井拱顶标高（30%）沿正洞开挖轮廓线设置加强环施作交汇段斜井二次衬砌（挡头板平行正洞线路方向安设）采用横向棚洞法沿正洞上台阶横向斜向上（30%）进入正洞掘进至正洞拱顶后以平坡向前继续向前掘进至正洞外侧上台阶拱脚位置在棚洞内设置套拱在套拱下施作正洞上台阶初期支护拆除大同方向棚架临时支护向大同方向掘进4m后封闭掌子面（临时仰拱施工完）拆除西安方向棚洞临时支护并沿正洞以三台阶临时仰拱法掘进西安方向施作一环仰拱大同方向开始以三台阶临时仰拱法掘进。

2.2 施工准备

工程开工前，组织全体施工人员进行技术交底工作，针对关键工序、主要技术要求、质量标准、质量目标提出具体要求，并对重要岗位人员进行岗前安全培训。

⑴ 开工前做好设备进场、安装、调试等准备工作。

⑵ 洞外控制测量采用GPS全球定位系统进行复测，布设双导线进行控测，采用平差软件进行平差，确保隧道贯通误差在测量规范允许范围内，并编写控制测量成果书，报送监理工程师审核。

⑶ 按本标段总体平面布置提前做好供水、供电、施工便道、临时设施及材料堆放场地等布置安排。

2.3 斜井开挖至正洞边缘的过渡方案

斜井洞身与线路西安方向夹角为83°，由于斜井与正洞为非正交平面投影关系，故斜井开挖至临近正洞地段时，型钢钢架的立设采用由正交90°向斜交83°逐步过渡的方案，则开挖掌子面也相应采用过渡方案（见图1、图2）。

钢架过渡方案如下：拱墙设型钢钢架，拱部中心位置采用近似设计间距约60cm，钢架在右侧边墙下端的间距取70cm，则左侧边墙下端的钢架间距相应为50cm左右。每榀（次）钢架转向近1°，共7榀完成了7°的转向，口部最后1榀钢架与正线平行。每榀钢架以18cm（30%）加高至最后一榀（第七榀）。

由于斜井和正洞均为曲墙断面，考虑到便于加工及受力合理的需要，钢架轴线拟置于平面上，相切于正洞起拱线位置，钢架顶部处于正洞设计开挖轮廓以外约40cm（可视为局部超挖并满足正洞大拱脚开挖的保守理念）。由此通过计算并确定1斜K0+14.75为过渡起点里程。

最终斜井钢架（拱顶中心处）在1斜K0+10.55处调整到与正洞中线平行位置。斜井洞身开挖支护同一般地段采用台阶预留核心土法施工，过渡段除采用钢架过渡方案外，其他支护参数按设计进行。

2.4 斜井与正洞交叉的口部加强方案

对斜井与正洞交叉口处口部最后1～3榀钢架的加强不仅是斜井本身的加强支护手段，而且钢架同时也承受该区域正洞拱部钢架传递的荷载，受力复杂，口部钢架比斜井洞身一般地段钢架的矢跨比又小许多，因此，拟对口部采用如下加强措施：

⑴ 口部钢架（第7榀）采用 I20a工字钢3榀并联并焊接为一体加强；

⑵ 过渡段的7榀钢架的间距由设计的100cm调整到60cm；

⑶ 斜交段口部最后三榀第（5、6、7）榀增设仰拱钢架，过渡段 1斜K0+14.75～1斜K0+10.55（4.2m）进正洞前灌注仰拱钢筋混凝土；

⑷ 上述步骤完成后由斜井向正洞进行门框型开挖，进深1m，初喷砼封闭，而后于口部钢架上设置3根I25a工字钢横梁（宽10.5m），以改善口部钢架受力条件。横梁两端通过I25a工字钢立柱置于仰拱，考虑棚洞预留下沉量35cm确定立柱高度为7.98m。为确保两侧立柱的稳定性在两侧立柱下方浇筑80cm×80cm的砼基础。横梁与口部钢架之间采用型钢焊接。仰拱底部I25a横梁与主洞仰拱型钢焊接成一体。横梁整体采用钢板满焊，横梁以下开挖端面网喷砼至覆盖钢架（见图3）。

⑸ 门框型施工完毕后，施工斜井错车道的衬砌砼，过渡段1斜K0+14.75～1斜K0+10.55（4.2m）施作钢筋砼衬砌。待衬砌达到设计强度后进行正洞挑顶。

2.5 挑顶施工

口部二次衬砌施工完成后，为方便挑顶施工，先施作临时爬坡道，爬坡道采用脚手架形式，坡道长16m，高4m，坡度为25%，宽3m。坡道顶部采用木板铺面，两侧设临时防护栏。脚手架施工完成后，开始挑顶施工，按棚洞轮廓线开挖，同时临时支护紧跟。棚洞钢架为I20a型钢钢架。每一步骤施工方法基本相同，其要点如下：

⑴ ①部垂直于正洞中线以30%的坡度斜向上开挖进尺，每次进尺控制在1.2m左右，即每次循环施工2榀棚洞钢拱架，每榀间距为0.5米。棚架斜向上爬坡至正洞拱顶后，以平坡向前开挖至正洞外侧上台阶拱脚位置。棚洞的中心里程为改DK449+400，净空高度为4.5米。

⑵ ②部在棚洞内设置套拱，根据棚洞的中心里程为改DK449+400确定套拱的第一榀钢架里程为改DK449+399.7，内轨顶面标高为861.7188，套拱顶标高为872.3988（预留下沉量35cm），在套拱内施作正洞上台阶初期支护。套拱的施作是为将来拆除棚洞两侧临时支护时对棚洞顶横称的加固，因此在棚洞施工完成后在棚洞内设置4榀套拱以加强顶部支护，并网喷25cm厚砼。套拱和正洞初期支护左侧钢架均落在I25型钢横梁上。

⑶ ③部沿隧道正洞方向，拆除大同方向一侧的棚架临时支护，以三台阶临时仰拱法施工上部弧形导坑。

⑷ ④部向前开挖4米左右后，做好临时仰拱后，喷射砼封闭掌子面，暂停该方向开挖。

⑸ ⑤部掉头拆除西安方向一侧的棚架临时支护。

⑹ ⑥西安方向以三台阶临时仰拱法施工上部弧形导坑。这时挑顶工作完毕。西安方向继续向前施工逐渐形成三台阶临时仰拱法施工工序，待施工完成一环仰拱后，大同方向开始以三台阶临时仰拱法进行施工。两个方向均正常施工后及时施作交叉口段正洞的衬砌。

⑺ 在西安方向向前以三台阶临时仰拱法施工的过程中加强对围岩的监控量测，若拱顶下沉量较大及时转变施工工法。采用CRD法（交叉中隔壁法）施工工法，CRD法可有效的控制拱顶下沉，保障拱顶下沉量在允许值范围内。

2.6 需要控制的内容

正洞与横洞相交地段处于复杂的三维受力状态，为保证正洞安全挑顶施工的完成，正洞初期支护必须座落于一个牢固的落脚平台，同时应加强该段正洞初期支护的锁脚锚杆施工，防止拱架下沉。

⑴ 斜井变断面段施工，应加强初期支护，设计参数应比正常断面相应提高。

⑵ 交叉处加强环设置

由于正洞开挖断面较大，为确保扩顶段正洞施工安全，在横洞与正洞交接处设置一加强环，加强环由3榀Ⅰ25a型钢钢架组成，钢架间采用φ22钢筋连接，喷35cm厚混凝土覆盖钢架。并应及早施作斜井二次衬砌。

⑶ 设置托梁，为正洞拱架提供落脚平台

在正洞与横洞拱顶交界里程处，沿正洞方向设置拱顶纵向托梁，托梁采用Ⅰ25a型钢，牢固焊接于横洞钢架拱顶，托梁与横洞钢架间空隙设置Ⅰ25a型钢竖向立柱，立柱应与正洞拱架位置相对应，牢固焊接并喷射C25砼回填密实。

⑷ 加密设置正洞初期支护锁脚锚杆，每榀钢架单侧不少于4根锁脚锚管，锚管长4.0m，锁脚锚管与钢架牢固焊接，防止拱架下沉，。

⑸ 正洞扩顶开挖，顶部支撑Ⅰ20临时棚架，棚架间距控制在0.5m左右，棚架间采用φ22钢筋焊接为整体，挂设钢筋网后复喷C25混凝土20～25cm，形成临时支护体系。

4.结语

随着国内铁路建设的迅猛发展，高标准线路设计越来越普及，因此，长大隧道施工的快慢就成了工期的关键制约因素，为此，一般设计上都在长大隧道上增设斜井以增加隧道的工作面，从而保证施工工期。由其是对软弱围岩的黄土隧道，横向棚洞法即确保了施工工期，又保证了施工中的安全。

参考文献：

[1]付艳丽.隧道斜井进正洞挑顶施工技术[J].铁道建筑，2011年第6期.

[2]何剑.同马山隧道斜井进正洞挑顶施工技术[J].山西建筑，2012年第8期.