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摘要:随着我国公铁路网建设的不断加快,以及施工技术的不断提高,修建一些地质条件复杂、施工难度大的隧道已成为现实。为了缩短施工工期,提前投入运行,尽快产生经济效益,在隧道施工中往往采用斜井、横洞、竖井等辅助坑道增加工作面,实现"长隧短打"的目标。为满足工期要求及部分洞口地貌受限,正洞洞口无充足的施工场地,辅助坑道转正洞施工,需要根据隧道工程实际情况,选择与之相适的辅助坑道才能确保施工的安全性。辅助坑道转正洞在复杂地质的长大隧道施工中,如何避免发生大规模塌方等地质灾害尤为重要。
关键词:浅埋软弱围岩;辅助坑洞;转正洞
在公铁路隧道施工中常见的辅助坑道有斜井、横洞、平行导坑等。隧道施工受到自然条件和施工组织等多方面因素的影响,辅助坑道挑顶进入正洞施工技术是否合理直接影响着正洞的施工进度及施工安全。本文以玉磨铁路会排山隧道进口横洞转正洞,根据实际地质地貌情况,遵循新奥法原理,采用导洞法施工,横通道进正洞后采用三台阶法开挖,对铁路隧道辅助坑道转正洞施工技术进行分析。
一、工程概况
会排山隧道全长7475m,双线隧道,进口段6475m为5‰的上坡,其后位于6‰(1000m)的下坡,横洞主要为避开进口施工场地制约,三涧河双线中桥2#桥台交叉施工干扰、运营期间排水为主要目的设置。横洞段全长84m与正洞相交斜交角度40°,交汇于正洞进口50m处。横洞与正洞交叉位置原设计围岩为V级围岩,且正洞进口100m范围内存在浅埋、偏压、富水软弱围岩情况。由于相交段受力情况复杂,同时为了确保施工通行安全,采用“小导洞转角法” 挑顶施工。
二、地质情况
隧址上覆第四系全新统滑坡堆积层(Q4del)、冲洪积层(Q4al+ PI)、坡残积层(Q4dl+ el)粉质黏土。下伏基岩为白垩系下统南新组上段(K1n2)泥岩夹砂岩,下段(K1n1)石英砂岩、砂砾岩夹泥岩,景星组上段(K1j2)泥岩,下段(K1j')石英砂岩夹泥岩。位于新寨一丫口断层(JHF17)上盘。线路与该断层相交于DK300+445,交角约26°,线路附近断层走向N20°W,倾向北东,倾角不明。隧址下伏基岩为白垩系下统南新组上段(K1n2)泥岩夹砂岩,下段(K1n1)石英砂岩、砂砾岩夹泥岩,景星组上段(K1j2)泥岩,下段(K1j1)石英砂岩夹泥岩,进口段岩层倾角较陡。
三、辅助坑道转正洞总体方案
会排山隧道进口横洞总长84m,实际开挖洞身72m,位于隧道右侧与隧道正线夹角为40°。横洞与正洞交叉口呈喇叭口相交,大跨度洞室,且相交口位置围岩均为V级围岩,根据现场实际围岩情况,横洞进入正洞施工地段采用“导洞转角法进正洞挑顶”施工。横洞右侧轮廓线施工至与正洞右侧轮廓线相交后,以半径为R=18m圆曲线转体进入正洞大里程方向。正洞内先行以导洞形式掘进。同时逐步向上起坡至正洞拱顶高程(拟定坡度为1:0.16),在导洞中线与正洞中线相重合后,根据掌子面围岩实际情况,导洞逐步开挖,开挖平面形式呈喇叭口。待形成作业空间后,调头施工转体挑顶段,破除导洞临时支护,扩挖正洞上台阶至正洞标准施工断面,开始反向正洞上台阶施工。中下台阶开挖由交叉口中间里程面向两侧大小里程掌子面方向进行,由横洞出渣,下台阶开挖完毕,分段开挖全幅仰拱,仰拱先由交叉段中间里程向大里程进行开挖,每次开挖不大于3m并及时封闭成环,开挖达到6米后,施作仰拱混凝土及填充混凝土,利用仰拱栈桥保证掌子面继续施工。
当仰拱混凝土及填充混凝土强度满足施工要求后,开始向小里程方向开挖仰拱,同样工序施作仰拱及仰拱填充,待交叉口范围仰拱及仰拱填充施作完毕,立即在洞内既定位置组装衬砌台车施作二次衬砌,将交叉口处范围进行二衬施工。至此,横洞交叉口段正洞全断面支护封闭成环形成受力结构,为下步正洞正常快速开挖施工创造了良好的施工条件。
四、辅助坑洞转正洞施工技术
横洞正洞范围内,按照原设计I16型钢钢架,间距0.8m,钢筋网片喷射混凝土施工初期支护。横洞进正线隧道20m范围内,开始渐变段扩挖施工,调整型钢钢架加工尺寸,满足斜交面大跨度支护要求。以I20b型钢钢架加强支护,中间间距0.6m,提高横洞拱顶标高至正线洞顶标高。横洞与正洞交汇处,设置I20b双拼型钢门架,以加强锁锁口的安全系数。横洞渐变段(与正洞斜交渐变段)开挖及支护完成后,进入正洞内辅助导洞开挖支护施工。正洞完成挑顶前,一直按照导洞断面逐渐上坡扩挖断面。导洞转弯段临时拱架支护按照内侧(沿掌子面)0.4m/榀,外侧0.8m/榀 间距支立临时钢架。当正洞内导洞左、右侧边墙掘进与正洞左侧边墙交界点后。导洞扩挖至正洞上台阶断面尺寸,扩挖并考虑预留变形量,支护钢架调整为正线隧道支护参数施工。辅助导洞扩挖至正洞上台阶后,继续向前掘进一段,掘进5-10m后,开始反向挑顶施工。挑顶施工至与横洞斜交口后,继续向正线隧道洞口方向开挖正洞上台阶10-20m。开挖正洞中台阶,沿横洞与正洞斜角口开始抽槽横向向正洞开挖,待抽槽空间形成后,先向正洞大里程以导坑形式掘进,开挖支护正洞右中台阶。支护完成一段距离后,反向小里程导坑开挖支护正洞右中台阶。右侧中台阶开挖完成40m后,错开横洞与正洞斜交口位置,抽槽开挖至正洞左中台阶。
五、浅埋偏压加固措施
正线存在线路左侧偏压,影响正洞范围约100m,左侧埋深约10m,地表且存在一处覆土厚度约2m,面积约300㎡滑坡体。围岩主要为泥岩加砂岩,且泥岩占比较高,施工期间正值雨季,地表水补给严重。给转正洞施工带来极大的施工安全风险。为此,根据岩性及详细的施工调查资料、辅助坑道转正洞方案,拟定对正线线路左侧浅埋地表滑坡段进行地表浆砌石封顶,地表水引排。将地表水补给量降低至最小流量,地表设置Φ42mmL=4.5m钢花管垂直地表固结注浆。避免转正洞施工时,地表水补给、爆破扰动形成的滑坡体不稳定及洞内坍塌等隐患。
转正洞洞内加固方面,待上台阶全部施工完成后,及时在洞内采用Φ42mmL=3.5m钢花管径向注浆加固,以便洞内除初期支护以外形成一道固结壳体,保证沉降量在可控范围之内,确保施工质量及安全。对于横洞与正洞交汇处锐角面,在横洞范围20m内,进行Φ60mmL=2.5~4.5m不等的钢花管注浆加固。保证交汇处的稳定性。
六、结语
辅助坑道与正洞相交地段处于复杂的三维受力状态,在复杂地质条件下隧道挑顶施工过程中必须尽快完成支护,尽快控制围岩变形,保证挑顶作业的施工安全。隧道工程一般地质和水文条件复杂多变,尤其是我国西南地区的隧道施工中,尤为突出。加之辅助坑道与隧道正洞而言,断面较小,如何解决从小断面过渡到大断面,对于浅埋偏压、软弱富水围岩地段,做好地表的加固及洞内的加固措施,施工方案及施工技术的选择十分重要。本文结合玉磨铁路会排山隧道进口软弱围堰浅埋偏压辅助坑道转正洞施工进行了论述,对其中的施工方案进行了分析,对措施进行了强化论述,可为今后的类似工程提供相关经验。
参考文献:
[1]郑之凯;隧道辅助坑道进正洞三岔口施工技术;中华建设.2010(10)
[2]黄国涛;山岭隧道软弱围岩交叉段施工技术;施工技术.2009(12)。
[3]张立忠;铁路隧道辅助导坑与正洞交叉处三角区施工技术;企业技术开发.2012(03)。