大断面黄土隧道斜井进正洞挑顶施工技术_secret

一、工程概况

xx隧道位于陕西省潼关县与华阴市相交处，隧道起讫里程DK348+110～DK349+568，长度1458m，为双线黄土隧道。    xx隧道斜井全长127米主要为5％下坡。斜井与正洞相交处里程DK349＋379，位于隧道左侧（见图1），隧道埋深31米。

斜井地层岩性简单，为I级黄土台塬区，表层为第四系上更新统风积砂质黄土及黏质黄土，斜井与正洞相交处为第四系中更新统风积砂质黄土及黏质黄土，中间夹有数层古土壤层。   

图1  斜井与正洞相交处平面示意图

二、总体施工方案

斜井小曲线过渡到与正洞线路走向成90°夹角后平坡开挖至正洞左侧边墙位置。在斜井XK0＋000处设置加强环并对交叉口处斜井施做25米二次衬砌。

在斜井XK0＋000处掌子面垂直正洞线路走向采用2.4m宽变高度异形导洞按1：2.3的坡度进行正洞洞身开挖，导洞拱顶高程超出正洞设计开挖线40cm，过正洞中轴线后，再向正洞中轴线右侧平坡开挖5m。在导洞内架立型钢钢架、挂网喷锚形成整体加强联合支护，以确保导洞开挖的安全。

导洞施工完毕后，在导洞钢架内侧施做套拱（套拱的左侧落脚于斜井加强段门型钢架的横梁上，右侧设扩大脚与锁脚锚管加固）然后分别向正洞西安端与郑州端延伸套拱，各延伸3.6米，以确保斜井与正洞的交叉口范围内均有套拱保护。在套拱施工过程中需拆除小导洞边墙上的临时支护。

套拱施工完毕后，在套拱的保护下按正洞设计断面进行开挖和初期支护，尽早将正洞初期支护封闭成环，保证正洞挑顶段施工安全。

三、施工方法及步骤

⑴设置斜井加强环

斜井小曲线过渡到与正洞线路走向成90°夹角后平坡开挖至正洞左侧边墙位置。

在斜井与正洞相交处斜井初期支护外侧增设紧密排列的三榀I25a门型钢架，门型钢架横梁牢固焊接于斜井钢拱架顶部。喷射与斜井初期支护同等级混凝土与斜井初期支护联为一体，形成斜井加强环。（加强环钢架示意图见附图2）

加强环门架底脚处采取扩大拱脚，每侧增设φ42锁脚锚管6根（L＝3.5m），为施做正洞初期支护提供安全保证；同时避免下步正洞跨越斜井时，因应力集中导致斜井交叉口处支护及衬砌变形开裂，为交叉口段正洞扩挖施工提供安全保障。

考虑交叉口段正洞套拱拱架落脚稳固性，故以斜井加强环门架横梁作为落脚平台，并在第二榀横梁上预先焊接I25a钢桩头，以便使套拱钢架左侧底脚与斜井门型钢架牢固焊连。

⑵施做交叉口处斜井二衬

考虑到交叉口处正洞初期支护对斜井存在纵向推力，在进行下一步施工前先对交叉口段斜井施做25米长的二衬，以确保斜井安全。

斜井交叉口段25米范围内初期支护闭合成环；二次衬砌采用C30钢筋混凝土，厚40cm；仰拱填充C20砼。

⑶施做挑顶小导洞

斜井交叉口段二衬施工完毕以后在斜井掌子面顶部（如附图1）位置采用2.4m宽变高度异形导洞按1：2.3的坡度进行正洞洞身开挖。由于作业空间有限，导洞采用全人工开挖，手推车出碴。导洞拱顶高程超出正洞设计开挖线40cm，过正洞中轴线后，再向正洞中轴线右侧平坡开挖5m，导洞临时支护及时跟进。临时支护为架立型钢钢架、挂网喷锚联合支护，以确保导洞开挖的安全。

导洞底部抬高坡度1：2.3是根据交叉口处斜井与正洞设计拱顶高差确定。进入正洞洞身范围后，导洞拱顶高程超出正洞设计开挖线40cm是为了预留导洞临时支护与套拱的空间。

在拱顶抬高过程中，导洞上方采取φ42小导管超前支护（L=3.5m,@30cm,），防止开挖中上部土体掉块坍塌；施工中按60cm/榀施作导洞钢架，导洞钢架采用I20a型钢形成封闭结构（见附图1），必要时导洞钢架横梁两端可加设临时竖向木（钢）支撑。导洞临时支护参数：边墙、顶部设φ8@20cm×20cm网片；边墙设φ22系统锚杆L=3m@1m×1m,梅花型布置；边墙、顶部、底部均喷射C25砼20cm；边墙底脚设两根Ф42，L=3.0m锁脚锚管。

施工中，导洞临时支护体系中的顶部钢架横梁位于正洞初期支护外，后期施做套拱和进行正洞初期支护时不再取出。

⑷施做套拱

套拱为小导洞临时支护与正洞初期支护之间的一层加强支护（见附图1）。支护参数为：I20a钢架，间距60cm；Ф42钢架连接钢管间距1m；C25喷射砼，厚度20cm。套拱左侧落脚于斜井加强段门型钢架的横梁上；右侧设置扩大脚，并在每榀钢架右侧落腿处加设Ф42锁脚锚管（L＝3.5m）6根，并在钢架底部下垫槽钢。

施工方法：导洞施工完毕后，由人工继续向线路右侧开挖、修凿套拱扩大脚轮廓。在导洞临时支护内侧一次性安装套拱钢架4榀，喷C25混凝土厚20cm。拆除郑州端小导洞临时支护边墙，向郑州方向人工开挖，继续施做套拱，一开挖循环施做一榀钢架，继续施做3榀。再掉头拆除西安端小导洞临时支护边墙，同样施做3榀。以保证整个交叉口范围内均有套拱保护为准。

⑸正洞初期支护施工

套拱施工完毕以后，在套拱内侧按正洞初期支护参数进行正洞初期支护施工。正洞钢架左侧同样落脚于斜井加强环门形钢架的横梁上。

套拱范围内正洞初期支护施做完毕后按弧形导坑法先向西安端人工开挖正洞上导坑，待形成足够大的工作面后改为人工配合机械开挖，逐渐达到两个掌子面上、中、下三个部位同时作业的能力。

套拱范围内正洞仰拱钢架左侧要牢固焊接在斜井加强环门形钢架的底撑上，确保该范围内正洞钢架闭合成环。

四、进一步优化建议

施工实践证明该方法对大断面黄土隧道斜井进正洞挑顶施工有较好的效果。主要优点是：施工难度小，保证了施工安全，交叉口段隧道的沉降量得到了较好的控制。与传统的由抬高斜井拱顶过渡到正洞的施工方法相比，可减少斜井二次衬砌混凝土的回填量。

但是在施工实践中，我们也总结了一些教训。

第一、斜井转弯半径过小，弯道与交叉口距离太近。

在进行斜井交叉口段二次衬砌的时候，二衬施工的范围包括了弯道。由于该弯道转弯半径过小，需定制使用异形二衬模板才能确保该处二衬施工的质量，增加了工程成本、提高了施工难度。且由于转弯半径过小给工程车辆的通过带来了不便。

在以后的工程实践中可采用斜井提前转弯，增大转弯半径的方法避免以上问题。

第二、套拱右侧落脚位置的加强措施可进一步探讨。

由于小导洞内作业空间狭小，找不到合适的施工机具搭设套拱右侧的落脚平台，传统的围岩固结注浆的方法又不适合本隧道的工程地质条件，套拱右侧的稳定性没有得到更为有效的保障。

本挑顶施工方法对套拱右侧落脚位置采用了扩挖拱脚、增设锁脚锚管、钢架下垫槽钢的方法来控制套拱的沉降。

实践证明该加固措施在第四系中更新统风积砂质黄土及黏质黄土地段，埋深31米的条件下，交叉口段正洞累计沉降量在15cm左右。

如能找到适用于狭小空间内作业的施工机具，可采用钢筋砼桩或管棚等措施作为套拱右侧的落脚平台，更好的保障挑顶施工的安全性。