隧道导坑施工技术解析

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交叉口施工技术

超前支护由于横洞洞身长度较短，直接于横洞洞口拱部打设一环108大管棚，每根20m长，共计26根，对横洞及交叉口部分实施超前加固。超前管棚支护参数为:108mm无缝钢管，壁厚6mm，长度20m，环向间距50cm，外插角1°～3°。管壁打孔，布孔以梅花形布置，孔径为10～16mm，孔间距为15～20cm，导管尾部留不小于1．5m不钻孔的止浆段。钢拱架横洞采用台阶法施工，为Ⅴ模筑衬砌，用I20钢拱架支护，拱架间距60cm。过渡段钢拱架采用扇形布置(图4)，其中短边长7m，长边长14m。横洞短边钢拱架间距40cm，长边10榀钢拱架间距100cm，8榀钢拱架间距60cm。Ⅴ模筑衬砌支护参数如下:系统锚杆采用22砂浆锚杆，锚杆长为3．5m，环向间距1．2m，成梅花形布设，每榀钢架系统锚杆数11根。钢筋网采用6钢筋加工成方格网片，网格尺寸为25cm×25cm，纵横钢筋相交处焊接成型，搭接长度1～2个网格。扇形部分钢拱架基础采用C30钢筋混凝土扩大基础，拱脚直接埋入混凝土内。水沟侧钢拱架扩大基础加深30cm，以消除水沟对拱架基础的影响。初支混凝土交叉口横洞部分短边3m范围内(对应长边长度4．8m)，初期支护厚度增加到35cm，以增加交叉口部分的承载力。3．2．4仰拱施工全横洞增置仰拱，仰供钢架采用I18钢拱架支护，及时封闭成环，以增加支护的整体性。当仰拱开挖时，对掌子面进行挂网，网片采用8圆钢，网格间距20cm×20cm，喷射10cm厚C20砼封闭。衬砌混凝土衬砌混凝土厚度40cm，采用C30钢筋混凝土。衬砌钢筋内外主筋采用22螺纹钢，纵向间距20cm，环向单肢箍筋采用14螺纹钢，间距250mm。门架结构为解决交叉口正洞上导钢拱架落脚的问题，在横洞与正洞交叉口段设置门架，为正洞钢架提供落脚平台。在横洞与正洞交叉口段，架立3榀I20a钢拱架，此3榀工字钢紧密焊接而成，采用Ⅴ模筑衬砌，钢拱架法线与正洞中心线平行，在此钢拱架上焊接两榀I25a型钢横梁，并在横梁两端螺栓连接I25a型钢立柱，每个立柱为3榀I25a型钢焊接而成，为正洞钢架提供落脚平台。门架立柱系统锚杆采用22砂浆锚杆，锚杆长为4．5m，环向间距1m，成梅花形布设。排水措施通过在掌子面附近设置集水井，安排2～4台大功率抽水泵将水抽到横洞排水沟内，通过排水沟将水排出洞外。

交叉口正洞部分施工

竖向拱架基础支撑在岩体上，竖向立柱用I18工字钢作为临时支撑，待弧形导坑完成，正洞钢架支护好后方可拆除。交叉口正洞上台阶支护弧形导坑施工完成后，开始正洞上台阶支护，可以安装7榀正洞钢拱架(钢拱架间距60cm)，左侧正洞拱架基础支撑在岩体上，右侧正洞拱架基础支撑在横洞门架横梁上，右侧异型拱架长度及弧形作相应调整。此段围岩为Ⅴc型复合式衬砌，支护参数为:拱部系统锚杆采用25×7中空注浆锚杆，边墙采用22砂浆锚杆，锚杆长为4m，环纵向间距1m×1m，成梅花形布设，钢筋网采用8钢筋加工成方格网片，网格尺寸为20cm×20cm，纵横钢筋相交处焊接成型，搭接长度1～2个网格。转入正洞施工弧形导坑临时支护及正洞3．5m范围上台阶支护完成后，拆除弧形导坑竖向临时钢拱架，转入正洞施工。正洞采取台阶法预留核心土法施工，先由弧形导坑位置向小里程方向施工至横洞短边，完成上台阶初期支护，左右错开落下台阶，完成下台阶初期支护。再向大里程方向施工至横洞长边，完成上台阶初期支护，左右错开落下台阶，完成下台阶初期支护。门架处全部施工完后，开始向正洞大小里程施工，按正常围岩级别施工。交叉口横洞部分衬砌施工交叉口正洞部分作业空间提供后，及时施工交叉口横洞部分衬砌，保证距正洞上台阶掌子面距离不超过25m。正洞主要施工工序(见图8)图8中，Ⅰ为一段仰拱开挖支护(3m);Ⅱ为二段仰拱开挖支护(3m);Ⅲ为浇筑一段填充混凝土(6m)3m;Ⅳ为三段仰拱开挖支护(3m);Ⅴ为四段仰拱开挖支护(3m);Ⅵ为浇筑二段填充混凝土(6m);Ⅶ为五段仰拱开挖支护(3m);Ⅷ为六段仰拱开挖支护(3m);Ⅸ为浇筑三段填充混凝土(6m);Ⅹ为浇筑交叉口正洞衬砌混凝土(12m)。正洞开挖支护正洞开挖支护采用台阶法加临时仰拱，确保开挖后空间的横向稳定性。上台阶施工完成25m左右形成作业空间后，暂停上台阶施工，进行阶开挖、支护，把上台阶拱架接至阶。阶施工距上台阶5m距离时，暂停阶施工，进行下台阶开挖、支护，把拱架接至下台阶，形成三台阶法施工。正洞仰拱开挖支护正洞仰拱开挖支护采取加临时横撑，确保开挖后空间的横向稳定性。下台阶施工距阶5m距离时，停止洞身开挖，分部进行仰拱开挖、填充混凝土施工。交叉口正洞仰拱开挖支护交叉口正洞仰拱开挖支护从大里程向小里程方向施工(大里程方向已成环)，每次开挖5榀钢拱架，开挖后加临时横撑，及时封闭成环。交叉口正洞部分衬砌交叉口正洞部分仰拱施作完毕后，立即施作交叉口正洞部分衬砌，交叉口衬砌段长11．2m，台车能满足要求。超前地质预报及监控量测高家屯隧道具有技术标准高，开挖断面大，风险等级高等特点，其泥灰岩自稳能力低，交叉口应力集中点多、结构受力较复杂。为了更好地掌握前方围岩情况及围岩变形情况，我们在挑顶前施作超前地质预报，包括地质雷达探测、超前水平钻孔及加深炮孔;在施工中及时展开监控量测，每天保证至少2次观测。超前地质预报的施作能提前掌握前方围岩情况，避免了突发事件的发生，尤其对高家屯这样的Ⅰ级风险隧道施作尤为必要。施工监控量测的方案和现场实施尤为重要，它能及时掌握围岩的变形情况，以便及时作出调整。该段施工过程中，拱顶沉降量测采用贴反射膜片配合全站仪无尺量测工艺，水平收敛采用JSS30A型数显收敛计进行量测。该段施工量测结果为:隧道拱顶沉降累计最大值为2．4cm，水平收敛累计最大值为3．7cm，整个施工过程处于稳定状态。

施工要点

(1)横洞与正洞交叉角较小，在进行弧形导坑开挖及出碴作业时，挖掘机无法正常旋转，考虑到安全及机械作业的需要，宜将弧形导坑的宽度调整为4～4．5m。(2)交叉口挑顶完毕后，直接进入正洞施工，应优先施作横洞及交叉口段正洞洞身衬砌。(3)施工中要高度重视监控量测工作，并预留足够的变形量。(4)加强交叉口处初期支护质量，尤其是交叉口处工字钢门架，测量放线时要精确，保证门架垂直，不得侵限。(5)注意控制台阶长度，每台阶长度不宜大于5m;同时仰拱、衬砌及时跟进，确保施工安全。(6)加强掌子面的引排水，避免侵泡基础。(7)有条件的应对交叉口受力情况进行数值模拟分析，根据数值分析情况合理确定交叉口的支护参数。

结束语

高家屯隧道为新建沪昆客专大断面Ⅰ级风险隧道之一，也是沪昆客专CKGZTJ-12标段第一个进行横洞进正洞施工转换的隧道，经过充分论证，采用弧形导坑施工方法，仅用了43d就完成了施工转换，进入了正洞正常施工。弧形导坑施工技术在高家屯隧道交叉口施工中的成功运用，为后续多座隧道交叉口施工打下了坚实的基础。在沪昆客专12标多座隧道交叉口施工中，均采用门架结构结合弧形导坑法施工，安全快速通过了横洞交叉口的施工，运用效果显著，较传统的渐变喇叭口挑顶方案存在以下优势:(1)施工断面小，安全系数高，避免了软弱围岩换拱的安全隐患。(2)施工成本低，临时工程量小。(3)施工效率高，交叉口挑顶完成后直接形成正洞三台阶作业的工况。(4)交叉口横洞不爬坡，正洞异型拱架受力效果好。软弱围岩隧道交叉口弧形导坑施工技术的成功运用，取得了良好的经济效益，该施工方法对类似地质条件下的隧道施工提供了指导和借鉴，具有较好的推广和应用价值。

作者：杨金有 单位：中铁二十二局集团第一工程有限公司