铁路隧道双车道斜井进正洞挑顶支护方法研究与应用

铁路隧道双车道斜井进正洞挑顶支护方法研究与应用

刘红1   许晶鸽2

1.中铁七局集团西安铁路工程有限公司  陕西西安710000   

2.西咸新区山水实业有限公司          陕西西安712000   

【摘要】双车道斜井与正洞交叉处跨度较大，处于复杂的三维受力状态，应力集中，支护变形量较大，如何安全完成挑顶作业，是隧道施工面临的一项重大挑战。本文将以西十高铁西岭隧道4#斜井挑顶施工为例，阐述了双车道斜井进入正洞时，通过变更调整斜井与正洞的交叉角度，减小交叉口开挖断面，采用小导洞的方式完成挑顶作业，经现场实践，该方法能够安全、快速完成挑顶施工，为正洞双向开挖奠定基础。

【关键词】隧道施工；双车道斜井；挑顶工装

1 工程概况：

西岭隧道4#斜井与正洞相交角度为45°，围岩级别为IV级。斜井采用双车道无轨运输，内净空尺寸为9.16m（宽）×7.5m（高）。交叉口处洞身中斜井地层弱风化，级软石，σ0=700KPa；正洞地层 弱风化层，Ⅳ级。位于中等富水区，正常涌水量1355m³/d，最大涌水量5420m³/d，地下水以基岩裂隙水为主。

2施工方案

2.1总体方案

斜井施工在调整斜井正洞中线交叉角度后，斜井开挖断面净高调整为6.5m，净宽调整为7.5m，通过调整斜井两侧钢架间距，将斜井中线与隧道中线调整至垂直，锁口段前斜井断面由标准断面扩挖至门型，并设3榀锁口拱架作为加强支撑。

斜井初期支护钢架全部落底后，采用小导洞法进洞，斜井采用台阶法施工，在斜井顶部施工超前支护，完成后从斜井顶部开始起坡至正洞顶，并以此作为工作面进行后续施工。

为保证施工精度，挑顶所用的型钢拱架，在加工完成并试拼合格后，方可使用。

2.2. 交叉口处异形拱架过渡施工

第一步：斜井角度调整

斜井施工至X0+16.23时，采用偏离法线架立钢架，将斜井中线与正洞中线交叉角度由45°调整为68°，以减小斜井与正洞的切面长度，保证切面位于正洞同一版二次衬砌内，同时，在8m范围内，斜井开挖断面由IVsm-w调整为IVsm，净宽7.5m，净高6.5m，架立11榀异形I18型钢钢架，斜井中线右侧钢架间距为60cm，左侧钢架间距为100cm，以调整斜井与正洞角度。

第二步：交叉口处扩挖

斜井交叉口门型拱架宽度10.53m，高度8.32m，斜井标准开挖断面宽8.95m，高度6.93m，为便于门架及正洞拱架安装，门框开挖尺寸大于斜井断面尺寸，锁口段前1.48m范围内，斜井断面扩挖至门框尺寸，采用异形拱架平顺过渡至门型拱架断面，并将锁口前2榀异形钢架加密至50cm。应注意门型拱架不得侵入正洞二次衬砌限界。

第三步：门型拱架安装

在斜井段扩挖完成后安装门型钢架及锁口拱架。内侧设3榀密排的I18型锁口钢架，外侧施做3榀密排的I18门框型钢架，钢架与正洞中线平行，门框架横梁两端应超出门框架立杆钢架外缘25cm；为改善I18横梁的受力，横梁与锁口拱架间增设I16的竖撑，横梁上预设正洞钢架连接板，横梁分5段安装。横梁3榀钢架应焊接在一起。为加强门框型钢架的刚度，将3榀锁口钢架与门框型钢架用φ22短筋联结在一起，环向间距30cm。该门架为永久门架至于初期支护中。钢架与门架连接牢固后，将钢筋网、锚杆等支护措施完成，此项工作的结束标志着斜井开挖任务全部完成。

2.3 小导洞施工

第一步：标注导洞开挖轮廓线，回填导洞开挖作业平台

斜井进正洞采用小导洞方式，根据导洞开挖断面及高度，划出导洞开挖轮廓线，导洞开挖轮廓线宽5.36m，高度4.73m，作业平台利用弃渣回填，弃渣回填坡度应满足挖掘机作业要求。

第二步：小导洞爬行开挖、支护

小导洞沿正洞正交方向向上爬行全断面开挖，逐步抬高开挖断面，开挖至对侧正洞初期支护外。小导洞爆破施工后采用挖掘机扒碴。导洞开挖轮廓线较正洞钢架外缘不小于38cm。

导洞开挖每次不超过2榀拱架，开挖后自斜井门框架开始及时架设导洞I18钢拱架，共10榀，间距1.0m，小导洞的拱架拱部部分钢架永久置于正洞拱架外侧，两侧支腿待正洞拱部拱架施工完成后，上台阶开挖前拆除。导洞拱架支腿长度根据现场开挖情况确定制作；与拱部采用连接板连接；超前支护采用Φ42无缝钢管，拱部范围设置；拱部挂设Φ8钢筋网、砂浆锚杆等支护措施，完成后，复喷C25喷射混凝土。

2.4侧向正洞开挖施工

第一步：安装正洞拱架临时支撑

导洞开挖完成后，在正洞钢架的连接处后退约30cm和正洞钢架主要受力处设置I18的临时支撑门架。临时钢架拱顶位于正洞拱架内侧。临时门架立柱采用锁脚锚管将直立工字钢锁在边墙上，以保证门架受力的稳定性。

第二步：安装挑顶段斜井至正洞拱架横梁

导洞范围内正洞I18拱架横梁靠斜井端安装在交叉口门型拱架横梁预留的钢板上，另一端伸出导洞内临时门架30cm，共5榀，长度3.51m，钢架间距1m/榀。

第三步：安装挑顶段正洞拱架弧形拱架

挑顶段横梁钢架安装完成后，开始安装弧形拱架临时支撑门架及导洞范围内正洞I18拱架弧形段，弧形段分2个单元制作，一端与横梁拱架连接板连接，另一端在正洞左侧上台阶分界处采用锁脚锚管固定，弧形拱架长度1单元为6.6m，2单元3.08m，共5榀，钢架间距1m/榀，钢架间采用Φ22螺纹钢连接。正洞拱部拱架全部安装后，及时施作系统锚杆、钢筋网，砂浆锚杆并复喷混凝土。

第四步：正洞上台阶超前支护

正洞上台阶开挖前，首先应施作正洞超前支护，在导洞的左右侧墙I18拱架上设置定位孔，采用Φ42超前小导管，L=3.5m，拱部范围内设置。

第五步：拆除小导洞拱架及正洞临时门架支腿

上台阶超前支护完成且正洞喷射混凝土达到设计强度，拆除待开挖侧小导洞拱架支腿及正洞拱架临时支撑，拆除过程中，应有专人盯控初期支护稳定情况，且加强监控量测监测，每小时不少于2次，且根据数据变化情况，适当增加监测次数，发现异常，及时撤离人员及施工机具，查明原因且采取措施处置后，方可继续进行开挖作业。

第六步：正洞开挖

正洞上台阶开挖进尺不大于1榀拱架间距，过程中及时施作正洞初期支护，与斜井交叉段采用含直线段的异形拱架，非交叉段采用标准弧形拱架。待上台阶开挖8m后，重复上述步骤进行对侧上台阶开挖，待对侧开挖8m后，开始降低断面完成中台阶开挖，上台阶进入常态化施工，与中台阶长度保持8m。

中台阶在导洞范围内降断面形成作业面，为保证挑顶段正洞拱架稳定，中台阶开挖不大于2榀，分左、右侧分别进行，左右侧错开长度2-3m，台阶高度3m。首次开挖时，自导洞单侧边墙0.5m处开始，开挖中台阶作业面，高度3m，宽度2m。第二次爆破开始，开挖进尺2-3m，并及时接长正洞拱架，将锚杆及钢筋网施作完成，再喷射混凝土将拱墙、小导洞小里程侧开挖面封闭，形成环向立拱锚喷支护。待中台阶开挖8m后，开始进行中台阶对侧开挖，开挖长度8m后，进行下台阶开挖，中台阶进入常态化施工，与下台阶长度保持8m。

下台阶在导洞范围内降断面形成作业面，下台阶开挖时应分左、右侧分别进行，且左右侧错开长度2-3m，台阶高度2.85m。开挖步骤及要求与中台阶开挖一致。

三台阶成型后，施工中、下台阶，始终保持台阶长度8m，直至中台阶追齐上台阶，形成标准台阶法开挖断面。

当大里程侧下台阶开挖面距离斜井侧壁20m时，开始按要求开挖交叉段仰拱。

3 结语

交通强国，铁路先行，铁路作为国家重要基础设施、经济发展的先行官，对我国的经济高质量发展起到了至关重要的作用。在当前铁路建设中，长大隧道的设计日益增多，为保证隧道工期，通过设斜井增加工作面的方式缩短工期的做法被广泛采用，针对不同的斜井设计，挑顶解决方案也不是固定的，该项施工方案给类似施工提供了一定的经验，希望被同行参考，促进我国铁路建设和经济社会稳定发展。

参考文献

[1]刘毅,张勇,彭振等.大跨地铁隧道斜井进洞垂直挑顶施工关键技术[J].现代隧道技术,2020,57(04):201-207.

[2]王鑫.隧道工程斜井进正洞挑顶加强支护方法[J].山西建筑,2016,42(07):197-199.

[3]房冉冉.隧道软弱围岩斜井进正洞挑顶施工技术的研究[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2013,12(04):42-46.