黄土隧道斜井进主洞快速施工安全技术控制.docx

黄土隧道斜井进主洞快速施工安全技术控制

位华强 杨伟
摘 要：结合在三门峡市国道310洛三界至三门峡西段南移新建工程地坑院黄土隧道斜井挑梁施工实践，从工程概况、工艺流程及方法等方面进行快速施工安全技术控制，以供类似工程参考借鉴。
关键词：黄土隧道斜井;挑梁;快速安全;技术控制
目前，国内黄土隧道斜井进正洞挑梁施工传统多采用过渡小导洞法，斜井施工至与正洞隧道边墙交界后，先对交叉口处斜井洞身进行加固，加固完后，再进行挑梁施工。从斜井与正洞边墙相交里程起，采用过渡小导洞进入正洞洞身开挖，于隧道正洞中线处达到正洞拱顶高程。但采用传统过渡小导洞法施工，不仅施工作业面狭小，人员、机械设备操作空间受到限制，容易产生机械伤害、物体打击等事故，同时斜井与正洞交叉口段连接整体性较差，小导洞门架破除时，工字钢往往变形、扭曲而不能再次周转使用;工期长，易造成围岩暴露时间长，拱顶下沉和围岩收敛变形控制难度大，施工风险高。
1 工程概况
国道310洛三界至三门峡西段南移新建工程地坑院隧道位于河南省三门峡市陕州区境内，采用双线分离式隧道，左线长3456m，右线长3440m，该隧道下穿5A级文物保护区陕州地坑院。斜井长452m，与地坑院隧道右洞交叉口桩号YK91+350，距右线大里程端1771m，距右线小里程端1689m，标准断面38.5m2，辅助地坑院隧道主洞施工由于地坑院隧道斜井处粉质黏土具有弱膨胀性，其自由膨胀率在13%～45%。该层土层具有裂隙性和膨胀性，富含亲水矿物（高岭土等），随水分变化产生显著的干湿缩胀变形。遇水后易发生膨胀，膨胀力较大，易引起洞体膨胀变形，并且斜井与正洞交叉段受力复杂，施工技术难度大。
2 主要施工方案
采用PC220型挖掘机直接挑顶开挖，加快了开挖速度，减少了围岩暴露的时间，使得初支快速封闭，有效控制了隧道挑顶断面的沉降变形。通过在导洞门架横梁与竖向支撑间采用螺栓连接，使得导洞竖向门架拆卸便捷高效，同时避免了门架拆除时扭曲变形，门架工字钢可循环利用。不仅减少了材料的浪费，同时也降低了工人操作难度。
3 主要施工技术
3.1 超前地质预报
首先采用地质雷达进行探测，然后进行分析判断，根据不良地质的空间位置，确定钻孔的方位、孔数，一般同一断面钻孔数量为3个，采用直径110mm取芯钻机进行钻孔取芯，并做好详细记录，钻孔长度控制在12m之间，保护段长度不小于3m。
3.2 大型设备挑梁施工准备
（1）斜井采用三台阶法施工至与正洞隧道边墙交界XJK0+011后，斜井洞身仰拱回填浇筑完成，预留拱墙钢筋，完成工法转换后，进行挑顶施工。由于斜井宽9.44m，主洞宽12.82m，从斜井与正洞边墙相交里程起，采用过渡小导洞进入正洞洞身开挖至主洞外边线共15.5m长，然后安装导洞上部主洞的2号20a钢架@50cm。沿主洞东西两侧三台阶法开挖，开挖过程中采用切割机和局部破碎锤破除导洞侧壁拱架，导洞加强段4.25m与主洞2号钢架连接处，斜线破除保证与斜井拱架连接牢固。
（2）导洞宽5.5m，最高8.94m，采用25a工字钢@50cm，Φ6.5钢筋网片@20×20cm，C25喷射砼30cm，钢架间用环向间距1.0m的Φ22纵向连接筋固定为一个整体。考虑后续拆除方便，导洞上横梁由于需要预留主洞2号钢架空间，采取上横梁与竖撑转角处焊接，竖撑与竖撑65cm处和竖撑与下横梁采用钢板连接（喷射砼时，对连接钢板塑料薄膜保护），其中导洞加强段处分两次开挖，拱架间钢板连接，Φ42×4缩脚锚管2根3m间距同拱架间距。
3.3 大型设备挑梁施工步骤
（1）导洞开挖过程中，根据现场挖掘机长度，从XJK0+011变形缝加强段处长4.25m，施作导洞宽5.5m，高8.94m，25a工字钢共9榀，封闭成环，拱顶预留沉降量10cm。完成后从第三榀钢架位置回填土高1.72m，长3.25m，使导洞形成24°，长138m的坡道，坡道顶端为主洞上台阶拱架连接处，开始主洞导洞施工，主洞导洞拱顶预留沉降量40cm，弧长11.04m，25a工字钢共18榀。
（2）导洞全部封闭成环后，在导洞内开始主洞2号钢架支立（主洞2号钢架分两部分加工，前半部分先加工弧长1104m，后半部分根据与斜井导洞拱架连接长度，提前在厂区加工成型）2号钢架与斜井连接处采用等离子切割焊接连接，施做Φ42x4缩脚锚管L=4m，2根间距同主洞拱架，绑扎Φ6.5钢筋网@15x15cm，喷射C25砼24cm。
（3）采用破碎锤破除导洞竖撑喷射砼，支立2号钢架，其中与斜井导洞加强段处斜向长7.02m拱架焊接牢固。
（4）主洞导洞内拱架支立完成后，开始三台阶临时仰拱施工工法分别向进口、出口方向间隔循环掘进，跨过斜井断面6m后，施工正洞中台阶，中台阶达到8m后，施工正洞下台阶，最后开始正洞施工，完成工序转换。
3.4 初支拱架保证措施
（1）斜井挑梁門架采取I25a工字钢按50cm间距进行支撑，主洞拱架I20a工字钢按50cm间距进行支撑。提前在钢筋加工厂采用自动离子切割机设备切割成弧、自动式冲孔台钻等工艺，确保现场主洞拱架与斜井斜向安装精度。
（2）门架竖撑第一次施工完成后、主洞2号钢架与斜井连接处螺栓连接和台阶法台阶分界处的拱脚部位，每边各打设2根4m长Φ42x4缩脚锚管。锁脚锚管采用风动凿岩机进行小孔径钻孔，钻孔成型后，打入导管。导管末端与钢架用A3钢板满焊连接。
4 结语
国道310洛三界至三门峡西段南移新建工程地坑院隧道斜井挑顶，采用大型设备施工使得围岩快速封闭，有效降低了安全风险;并且有效缩短了各工序施工时间，提前了15天工期，为地坑院隧道按期贯通争取了时间，促进了公路桥梁工程发展，推动新技术应用具有重大意义。
参考文献：
[1]常岩.软塑性黄土隧道斜井挑顶施工技术研究[J].铁道建筑技术，2018，（z2）：2226，56.
[2]张磊.浅谈黄土隧道斜井挑顶施工技术[J].建材发展导向（上），2018，16（6）：164165.
[3]刘恒涛.渗水黄土隧道斜井与正洞交叉口挑顶施工技术[J].中国水运（下半月），2018，18（4）：214215.
[4]郭新兵.黄土隧道斜井交叉口挑顶施工方法[J].山西建筑，2010，36（33）：322324.

-全文完-