软弱围岩隧道竖井进入正洞过渡段快速施工技术

・隧道／地下工程・　软弱围岩隧道竖井进入正洞过渡段快速施工技术　谭侃让　（乌鲁木齐铁路局建设管理处，乌鲁木齐８３００１１）　摘要：针对某隧道３号竖井进入正洞过渡段软弱围岩地质条　件，分析其工程特点及难点。为保证过渡段安全、快速施工，该　过渡段施工采用工作面预加固等综合施工技术，分三台阶开　挖，采用弱钻爆法顺利通过过渡段施工，形成正洞作业空间。　关键词：铁路隧道；竖井；正洞；过渡段；施工　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—２９５４（２００８）０８—００８８—０３　１　工程概况　某隧道全长１０．２　ｋｍ，是重点控制性工程。全隧　辅助坑道共设３个竖井、１个斜井。为施工方便，３个　竖井均采用矩形断面，且位于线路正上方，竖井的内净　空尺寸为８　ｍ×１６．８　ｍ。其中３号竖井处于　ＤⅡＫ　１　５６８＋３９５里程处，井深５１．０３　ｍ，南北方向施工　长度分别为４９６、９６９　ｍ，竖井井身采用明挖逆筑法　施工。　２工程特点及难点　３号竖井进入正洞过渡段所穿越的地层为弱风化　泥质粉砂岩，围岩等级为Ｖ级，岩石遇水易软化。３号　竖井泥质粉砂岩层厚约４３　ｍ，上覆第四系松散覆盖　层，其中夹５～６　ｍ厚砂砾石富含水层。　（１）地质条件差。泥质粉砂岩地层弱、含孔隙裂　隙水，遇水易软化，上覆砂砾石富含水体，从施工情况　来看，围岩自稳时问较短，工作面及拱顶易产生松弛变　形，甚至掉块，危及施工安全，需及时支护。　（２）施工工序转化复杂。正洞施工断面大，开挖　宽度、高度分别为１５、１３　ｍ，竖井与正洞垂直，要实现　从矩形断面向圆形断面、从小断面向大断面、垂直方向　向水平方向施工的转变，其工序转换复杂；且过渡段结　构形式及支护参数的转变复杂、过渡段围岩受力变形　条件复杂。　（３）施工条件困难。竖井井深５１．０３　ｍ，出碴运料　仅能依靠井口的提升设备；另受井身空间限制，无法使　用大型机械设备，只能采用人工及小型机具，施工条件　困难。　收稿日期：２００８—０４—１４；修回日期：２００８—０５—０８　作者简介：谭侃让（１９６２一），男，工程师，１９８３年毕业于北方交通大学　工民建专业。　８８　３过渡段施工方案　３．１　总体施工方案　根据设计，３号竖井Ｃ—Ｃ段为进入正洞过渡段施　工（图１），此段隧道正洞采用三台阶法施工，当竖井开　挖至正洞三台阶法开挖的上台阶底高程处时，在正洞　开挖轮廓线范围以外按设计施做超前支护，然后分别　向进、出口方向开挖上台阶并施做初期支护。当上台　阶断面开挖３０～４０　Ｉ１１后，开挖竖井至正洞中台阶底高　程处，施做超前支护后向进、出口方向开挖，与上台阶　距离控制在２０～３０　ｍ，形成正常开挖工作面以后，再　开挖竖井落底至设计高程，最后开挖下台阶。　等主　《　藿曼　（ａ）侧面　（ｂ）正面　图１　竖井井身结构（单位：ｃｍ）　ｕ　３．２关键工序及技术要求　ｎ【Ｊ　＿ｌ　竖井井身采用明挖逆筑法施工，围护结构采用喷　锚支护形式，锚杆和初期支护中的格栅钢架每０．７５　ｍ　１环，每次开挖１．５　ｍ，每４．５　ｍ为１节段，做完１节段　初期支护后，现浇该节段的内衬结构，按此循环至隧　底。但过渡段施工需做到分步开挖，步步为营并及时　做好支护，施工中开挖采用松动爆破，人工风镐修整断　面，龙门吊配碴斗吊运出碴。其主要步序及控制要点　如下。　第１步：竖井开挖至正洞上台阶底（高程一７．９７　ｍ）处，除正洞及导向墙预留孑Ｌ外，先施做竖井井身２５　ｃｍ厚初期支护，然后施做１．０　ｍ×１．０　ｍ洞口导向墙，　洞口导向墙施工采用组合钢模板及木模板，混凝土采　用Ｃ２５混凝土，一次浇筑成型；然后施做洞１５＋１０８　ｍｍ　管棚，管棚长４０　ｍ，共４７根。管棚完成后施工上台阶　铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＴＡＮＤＡＲＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２００８（８）　维普资讯 http://www.cqvip.com 谭侃让一软弱围岩隧道竖井进入正洞过渡段快速施工技术　段竖井井身二衬，该段高度５．９２６　ｍ。洞口４０　ｍ长管　棚及竖井上台阶段井身二衬完成后，在正洞工作面打　设长８　ｍ的４，２０　ｍｍ玻璃纤维锚杆，间距：０．７５　ｍ×１　ｍ，进、出口方向工作面分别施工，见图２（ａ）。　ｆｅ１第５步：竖井开挖至正洞上台阶　∞第６步：向进、出１：３方向开挖下台　底高程一１５　４５ｉｎ　阶上台阶与中台阶距离控制在２Ｏ　ｉｎ　中台阶与下台阶距离控制在２Ｏ　ｍ　图２过渡段施工步序（单位：ｍ）　第２步：玻璃纤维锚杆完成后，再进行正洞施工。　出口方向为主攻方向，在各台阶施工过程中，以正洞出　口方向先行，进口方向各台阶开挖滞后出口方向１０　ｍ，即当出口方向各台阶１０　ｍ范围内初期支护施做完　毕并变形稳定后，再依次进行进口方向相应台阶的施　工。见图２（ｂ），先向出口方向开挖上台阶，当正洞出　口方向上台阶开挖３０～３５　ｍ时，开始开挖中台阶。正　洞进口方向各台阶施工滞后出口方向１０　ｍ，且保证台　阶间距离２０　ｍ。以下主要介绍出口主攻方向，进口方　向施工不再赘述。　第３步：当上台阶开挖到位后，开挖竖井井身到中　台阶底（高程一１　１．６７　ｍ），开挖高度３．７　ｍ，并完成竖　井井身中台阶段初期支护，见图２（Ｃ）。　第４步：在开挖正洞中台阶的过程中施做竖井井　身中台阶段二衬３．７　ｍ，上、中台阶控制的开挖距离为　２０　ｍ，正洞出口方向中台阶开挖面距离竖井３０～３５　ｍ　时，开始开挖下台阶，见图２（ｄ）。　铁道标准设计　儿ＷＡＹ　ＳＴＡＮＤＡＲＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２００８（８）　・隧道／地下工程・　第５步：开挖竖井井身到下台阶底（高程一１５．４５　ｍ），高度３．７８　ｍ，完成竖井井身下台阶初期支护，见图　２（ｅ）。　第６步：在开挖正洞下台阶的过程中施做竖井井　身下台阶段二衬３．７８　ｍ，正洞进口方向下台阶开挖面　距离竖井２０～２５　ｍ时，施做竖井井身剩余２．７５　ｍ初　期支护及二衬，并完成竖井底板混凝土。为保证施工　中机械设备及出碴方便，上、中、下台阶的台阶长度控　制在２０　ｍ，见图２（ｆ）。　４辅助施工措施　４．１　竖井陀螺定向控制测量技术　竖井井深较大，井口小，施工长度大，竖井进入正　洞中线测量先采用激光投点器投点，并确定洞口位置，　高程采用精密水平仪配合５０　ｍ钢卷尺测量。在进入　正洞开挖后采用铅锤仪、陀螺经纬仪联合定向法进行　竖井联系测量。３号竖井往小里程方向开挖长度约　９６９　ｍ，往大里程方向开挖长度约４９６　ｍ，故在开挖至　１００、３００～４００　ｍ及贯通前各进行１次竖井联系测量　（共进行不少于３次竖井联系测量），以确保隧道的顺　利贯通。　４．２竖井内集碴坑及集水坑的设置　竖井内集碴坑设置在底板右侧小里程端，碴坑深　２．３　ｍ，宽２．５　ｍ，长３．５　ｍ，共设置１个，在集碴坑四周　设置水沟并在底部设小集水坑。大集水坑设置在竖井　左侧小里程端，集水坑几何尺寸为：２．５　ｍ×２　ｍ×１．５　ｍ。集碴坑及集水坑同底板混凝土一同施工，竖井底　板混凝土向出口方向设置为上坡且四周设置水沟，保　证洞内积水汇人大集水坑。　４．３　监控量测　根据竖井周边环境及施工特点，施工中采用的监　测项目见表１。　表１　现场监测主要项目及方法　通过监控量测发现，竖井井身整体性良好，竖向变　形正常。施工期内地表最大累计沉降为１２．３　ｍｍ，过　渡段竖井井身收敛最大值为８．５　ｍｍ，正洞入洞口处变　形最大达１２．２　ｍｍ。该处变形较大的原因是：竖井向　正洞开挖后，矢跨比发生变化，结构发生转换，而造成　８９　维普资讯 http://www.cqvip.com

・隧道／地下工程・　谭侃让一软弱围岩隧道竖井进入正洞过渡段快速施工技术　洞口处应力变形集中。　４．４超前支护及预加固　（１）超前支护。在进行正洞开挖前，按照设计要　求，采用长管棚超前支护，环向间距４０　ａｍ，上台阶开　５　结语　过渡段由于结构形式、支护参数发生变化，特别是　在竖井进入正洞的“马头门”开挖时岩体出现两面凌　空，局部出现应力、变形集中，这是施工开挖的薄弱环　挖成形前，及时按设计施做超前支护。洞内管棚施工，　空间小，施做困难，施钻时采用２台ＫＲ８０４１２—３钻机　节，容易引起坍塌，必须合理把握施做时机及支护强　度。施工中应严格按照“管超前、严注浆、强支护、短　进尺、勤量测”的原则组织施工，根据围岩遇水易软化　的特点，施工中必须加强水的处理，以保证开挖面的　稳定。　参考文献：　［１］铁道部第二工程局．铁路工程施工技术手册・隧道［Ｍ］．北京：　中国铁道出版社，１９９５．　钻孔（可机械定向），钻机同时作业，间隔钻孔，成孔后　及时顶管，防止孔口变形后孔内掉碴造成顶管困难。　为加固隧道周边围岩，控制地表下沉，充填钢管周边空　隙，对每根钢管进行注浆，注浆结束后用Ｍ３０水泥砂　浆填充。　（２）工作面超前预加固。过渡段围岩受力条件复　杂，在拱顶施做完超前管棚后，为保证每次开挖后正洞　工作面围岩稳定，采用对工作面施做８　ｍ长、４，２０　ｍｍ　玻璃纤维锚杆，锚杆间距０．７５　ｍ（竖）×１　ｍ（横），整个　工作面打设共需４０根，施工中主要在上台阶施做２８　根，中下台阶根据情况打设。工作面采用玻璃纤维锚　杆加固以后，可以保证开挖后工作面处于稳固状态，避　［２］　杜立红．竖井、斜井施工方法探讨［Ｊ］．陕西建筑，２００５（１１）．　［３］崔云龙．简明建井工程手册［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００３．　［４］　高存成．大台竖井快速施工技术［Ｊ］．铁道标准设计，２００５（９）：５０　—５３．　［５］雷军．芨芨沟竖井掘进施工技术［Ｊ］．铁道标准设计，２００５（９）：　１３３—１３４．　免在初喷之前发生变形失稳，同时可以避免因初喷造　成的工序调整。　（上接第８３页）　［６］　邓敦毅，周艳芳．竖井横通道转入隧道正线的施工关键技术［Ｊ］．　铁道标准设计，２００６（８）．　（２）简支转连续边跨比中跨受力要大，边跨配筋　各阶段应力、强度进行平面杆系分析。成桥后结构内　力计算考虑支座沉降、温度力及收缩、徐变引起的次内　力，均达到设计规范要求。　需加大，应有别于中跨配筋。墩顶负弯矩束的张拉，必　须严格按照设计要求，张拉时混凝土实际强度不小于　设计强度的９５％，采用强度与弹模双控。控制混凝土　龄期的时间，以减少混凝土收缩徐变的影响。　计算中考虑的附加力如下所列。　（１）基础沉降　桥墩沉降均按１．０　ａｍ进行计算，并按最不利情况　进行组合。　（２）纵向温度荷载　（３）墩顶负弯矩区合龙顶板束的张拉应按照先边　孔，后中孔的顺序，两侧对称张拉。　（４）本桥部分梁段位于Ｒ＝１　０００　Ｉｎ的圆曲线上，　预制梁段时边梁宽度为２．６０　Ｉｎ，并预留搭接钢筋，后　期现浇悬臂部分梁段形成梁部外端线形。　①均匀温度：按照《公路桥涵设计通用规范》（ＪＴ－　ＧＤ６０－－２００４）中第４．３．１０条取值，按体系升温２０　ｃＩ＝、　体系降温２４　ｃＩ＝计算。　②梯度温度：梯度温度正温差按《公路桥涵设计　（５）受纵、横坡的影响，每片梁支座垫石顶的高程　都不相同，必须严格按照设计提供高程进行施工。　５　结论　通用规范》（ＪＴＧＤ６０－－２００４）中第４．３．１０条计算，考虑　９　ａｍ沥青混凝土面层和９　ａｍ　昆凝土铺装层。梯度温　度负温差效应取正温差乘以一０．５计算。　（３）混凝土收缩、徐变引起的次内力　按相关规范进行计算。　４需注意的问题　简支转连续梁施工工艺简单，质量可靠，可以有效　地改善桥梁行车的舒适性、平稳性，有利于高速行车，相　比连续梁能够节约投资，缩短施工工期。该桥已于２００７　年年底简支部分顺利预制架设完成，现阶段情况良好。　参考文献：　［１］　范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．　（１）湿接缝也是简支转连续桥设计的一个重点。　由于湿接缝是在梁体纵向形成连续梁后浇筑的，此部分　新老混凝土结合最易成为结构的薄弱环节，新老混凝土　［２］刘效尧，赵立城．公路桥涵设计手册・粱桥［Ｍ］．北京：人民交通　出版社，１９９６．　［３］　李强，苏木标，吴银利，等．先简支后连续桥梁结构施工技术研　究［Ｊ］．铁道标准设计，２００６（１０）．　强度必须达到一致连成整体，所以湿接头部位老混凝土　凿毛相当重要，接头混凝土养护工作也必须重点注意。　９Ｏ　［４］　胡肇滋．桥跨结构简化分析——荷载横向分布［Ｍ］．北京：人民交　通出版社，１９９６．　铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＴＡＮＤＡＲＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２００８（８）