中交隧道工程局有限公司 河北邢台 054000
摘要：和邢铁路贺坪峡隧道开挖断面大，工期紧，地质条件复杂，选择合理的斜井转正洞施工方法对于保证隧道安全快速施工具有非常重要的意义。结合贺坪峡隧道工程实际地质、地形条件，对隧道斜井转正洞小导洞和大包法施工技术、初期支护参数确定以及施工效果评价进行详细介绍。根据地质条件选定隧道斜井转正洞采用小导洞或大包法施工，辅助坑道向正洞的断面转换一次成功，工序简化、施工难度降低，施工安全度很大程度提高，有效缩短转换工期，同时节约成本。
关键词：铁路隧道；斜井转正洞；施工
长大隧道施工中由于地形、地貌、施工工期等因素的制约，需要增设斜井，竖井或横洞，开辟新的工作面，达到缩短工期的目的。我国已建成的隧道中斜井设置较为常见等。因此，研究斜井与正线交口延后部位的施工技术显得特别重要。
针对斜井转正洞施工技术，斜井与正洞交叉段软弱层状围岩开挖支护施工方法进行了分析，提出了充分利用围岩自承能力进行隧道施工的方法。斜井进入正洞喇叭口的施工方法，总结出相应的斜井转入正洞的快速施工经验。不同的隧道工程由于地质条件等的不同，隧道在斜井进入正洞施工方法上存在差异。
和邢铁路贺坪峡隧道位于河北省邢台市邢台县，全长11518m，地质条件复杂施工难度大是本标段的重难点工程之一。隧道设置3个斜井，其中1#斜井长818m与正洞DK285+700处交叉、2#斜井长200m，与正洞DK290+000处交叉、3#斜井长757m，与正洞DK293+000处交叉。自2015年11月斜井施工以来，穿越富水的V级围岩，地质条件复杂，工期压力大，而贺坪峡隧道V级围岩开挖断面达140m2，开挖断面大，选择合理的斜井转正洞施工方法对于保证隧道安全和快速施工显得十分迫切。
1 工程概况
贺坪峡隧道总长11518m，设有三个斜井，1#斜井位于线路右侧与左线交于里程DK285+700，与线路小里程交角为40度，交叉口围岩为V级，围岩较破碎，自稳性差。2#斜井位于线路左侧与左线交于里程DK290+000，与线路小里程交角为64度，交叉口围岩为III级，围岩整体性好，自稳性好。3#斜井位于线路右侧与左线交于里程DK293+000，与线路小里程交角为123度，交叉口围岩为III级，围岩整体性较好，自稳性较好。
1#斜井段围岩条件较差，按IV级围岩加强支护，属低山地貌，上覆第四系坡残积粉质粘土。受地质构造影响岩石节理发育，岩体破碎，泥岩质软，遇水易软化，岩体风化强烈，围岩稳定性差。
2#斜井段围岩条件好，按双车道III级模筑，属中低山地貌，上覆第四系坡残积粉质粘土。下伏泥岩夹砂岩，风化层约5-20m，存在顺层偏压。
3#斜井段围岩条件较好，按双车道III级模筑，属中低山地貌，上覆第四系坡残积粉质粘土。下伏泥岩，石英砂岩夹泥岩，风化层约5-20m，斜井区属单斜构造，工程地质条件一般。
斜井断面形式、尺寸及支护参数如图1所示。初期支护参数为：厚度20cm，C20喷射混凝土；ф6钢筋网，间距25cm*25cm；拱墙3.0m长ф22砂浆系统锚杆20根（环1.0m*纵1.0m），梅花型布置；I16型钢钢架，间距1.2m/榀。
2斜井转正洞方案的选择
斜井转入正洞本工程采用小导洞或大包法施工，根据围岩条件不同选择一种安全、经济、快速施工的方法。经方案的比较和讨论，三级围岩段采用小导洞施工方法，初期支护采用挂网锚喷结构可提高施工进度，节约成本，支护措施和开挖进尺严格控制能够确保安全。IV、V级围岩段采用大包法，初期支护采用正洞支护形式，即型钢拱架施打锚杆、挂钢筋网喷射20cm厚混凝土，虽施工成本高、施工进度慢，但在软弱围岩段可以确保施工安全。根据不同围岩段采用此两种施工方法在实际施工过程中进行优化和调整支护参数，并在实践中进行验证。
隧道斜井转正洞方案的对比表
2.1小导洞法
采用上下台阶工法进行斜井过渡段施工。为提供挖机作业空间，巷道上台阶施工完成后，即进行下台阶施工。
第一步：斜井至交叉口段施工。
按斜井原尺寸正常开挖进尺至斜井里程处时将下台落底，预支立门架，门架采用I20型钢两个并联焊接牢固，门架底部采用I16型钢进行横向支撑，门架上部预留横梁连接点。拱架详细情况见下图。
第二步：斜井转入正洞施工。
完成门架施工后进入正洞施工，正洞巷道开挖方向与正洞轴线成垂直角度，开挖支护至正洞里程。巷道临时支护采用斜井双车道Ⅲ级锚喷衬砌支护形式。巷道支护完成后，分上下台阶，由上台阶开始向正洞大里程方向进行扩挖导洞施工，过程中采用正洞Ⅲ级围岩初期支护形式进行导洞内临时支护。
详见图2.1.1斜井转正洞施工平面示意图、图2.1.2斜井转正洞纵断面示意图、图2.1.3斜井转正洞开挖步骤示意图。
支护参数：按原设计采用双车道斜井Ⅲ级围岩模筑衬砌。门架采用2榀I2b型钢并焊，横梁采用2榀I20b型钢并列焊接布置。
（1）开挖采用台阶法，上台阶高度3.75m，该段设计为Ⅲ级围岩，采用爆破开挖。开挖①部后喷锚支护。
（2）开挖下台阶即②部分，进行锚网喷支护。最后支立门架拱架，断面为门架断面。门架拱架与主洞轴线平行，采用双I20b工字钢焊接而成，在拱顶向下2米高的位置预留好牛腿，斜撑采用I20工字钢，底部采用I18工字钢进行横向支撑加固。
（3）拱脚铺底采用20cm厚C20砼，确保①～②部施工时不会产生大的净空变化。
（4）②部施工完成后，回填洞渣，宽度4.5m，作为施工平台及通道，坡度根据现场需要进行调整。
斜井转入正洞施工
按照“图2.1.3贺坪峡隧道1#斜井转正洞开挖步骤示意图”中所示，正洞范围内开挖支护采用两台阶开挖。正洞设计III级围岩，围岩节理裂隙弱发育，采用控制爆破开挖，人工配合风镐进行补挖和修边。
（1）正洞范围内巷道施工
完成①和②步施工后，开始施工③步，支护采用双车道斜井Ⅲ级围岩锚喷衬砌支护，按照④～⑧的施工顺序进行初期支护，以斜井原断面尺寸垂直线路中线进行开挖至正洞右侧边界线。
（2）巷道转大里程导洞扩挖
巷道施工完成后，开始向大里程方向上台阶进行扩挖导洞段15m（视围岩情况）施工，扩挖段支护形式采用正洞Ⅲ级围岩支护形式，直至导洞扩挖上台阶断面与正洞上台阶断面一致后，开始进行正洞拱架安装及反向挑顶施工。导洞扩挖示意图。
2.2大包法：
采用上下台阶工法进行斜井过渡段施工。为提供挖机作业空间，巷道上台阶施工完成后，即进行下台阶施工。
第一步：斜井至交叉口段施工。
开挖至距正洞15m处时开始爬坡，爬坡按照16.4%的坡度至正洞，然后按照1：3的坡比爬坡至正洞另一端。斜井进正洞交叉处时，通过7榀钢架，完成由钢架垂直于斜井中线过渡到平行于正洞中线。开挖至正洞处时将下台落低，支立门架，门架采用I20型钢两个并联焊接牢固，门架底部采用I18型钢进行横向支撑，门架上部预留横梁连接点。拱架详细情况见下图：
第二步：斜井转入正洞施工。
完成门架施工后进入正洞施工，正洞巷道开挖方向与正洞轴线成垂直角度，开挖支护至正洞。支立巷道最后一榀拱架时要求采用I14型钢纵向连接，环向间距为1m。巷道支护完成后，在正洞的大里程一侧和小里程一侧分别支立2榀I20型钢拱架，进行斜井与正洞之间的支护方向转换。
详见图2.2.1斜井转正洞施工平面示意图、图2.2.2斜井转正洞纵断面示意图、图2.2.3斜井转正洞开挖步骤示意图。
支护参数：I16、I18型钢拱架，间距1.0m；门架采用I20b型钢拱架2榀并联焊接牢固。Φ22砂浆锚杆单根长L=3.5m，间距环向×纵向=1.0×1.0m。Φ8钢筋网眼尺寸为20×20cm，整环布设。超前支护采用Φ42超前小导管，间距40cm，单根长度4m，纵向间距2m。C25喷射混凝土厚度22cm。横梁采用2榀I20b型钢并列焊接布置。
（1）开挖采用台阶法，上台阶高度3.7m，该段设计为Ⅳb级围岩，采用爆破开挖。开挖①部后安装I18型钢拱架，由于正洞与斜井呈66°角斜交，斜长9.86米，门架两边墙拱架中对中之间的距离为10.06m。
（2）开挖下台阶即②部分，下支腿接长并进行锚网喷支护。最后支立门架拱架，断面为C-C断面。门架拱架与主洞轴线平行，采用双I20b工字钢焊接而成，在拱顶向下2米高的位置预留好牛腿，斜撑采用I20工字钢，底部采用I18工字钢进行横向支撑加固。
（3）拱脚铺底采用20cm厚C20砼，确保①～②部施工时不会产生大的净空变化。
（4）②部施工完成后，回填洞渣，宽度4.5m，作为施工平台及通道，坡度根据现场需要进行调整。
2.3斜井转入正洞施工
按照“图2.1.3隧道斜井转正洞开挖步骤示意图”中所示，正洞范围内开挖支护采用三台阶开挖。正洞设计Ⅳ级围岩，围岩节理裂隙发育，采用弱爆破开挖，人工配合风镐进行补挖和修边。
（1）正洞范围内巷道施工
完成①和②步施工后，开始施工③步，支护钢架采用I18型钢，按照④～⑧的施工顺序进行初期支护，导坑拱部比正洞的初支拱架高1米，以确保不会侵占正洞的初支净空。
支护参数：I18型钢拱架，间距1.0m；Φ22砂浆锚杆单根长L=3.5m，间距环向×纵向=1.0×1.0m。Φ8钢筋网眼尺寸为20×20cm，整环布设。超前支护采用Φ42超前小导管，间距40cm，单根长度4m，纵向间距2m。C25喷射混凝土厚度22cm。
（2）巷道钢架直墙加固
巷道施工完成后，采用I14型钢将巷道支护钢架直墙部分纵向连接。间距为1.0m。详见图2.3.1边墙钢架纵向连接示意图。
（3）正洞钢架安装及支护
加固完成后，安装巷道宽度范围内正洞钢架，钢架采用I20型钢，在大小里程侧工字钢上，详见图2.3.2拱架支点示意图。为便于体系转换完成后超前小导管施工，在紧靠两侧掌子面位置工字钢上，预留超前小导管施工孔。
为便于正洞I20型钢安装精确定位，在巷道顶沿正洞钢架每1m（环向间距）焊接2根Ф22钢筋，用于正洞工字钢定位，同时；正洞钢架与巷道顶工字钢间距最大1m，采用C25网喷混凝土填充，间距1m处增设3层钢架网片，网眼间距10cm×10cm，为便于及时转换工序体系，该填充混凝土喷射混凝土。
（4）支护方向转换
正洞初支喷射混凝土施工完成后，待混凝土强度达到80%后，先切除小里程一侧的斜井拱架直腿，按照三台阶法向小里程一侧开挖支护。上台阶完成15米、中台阶完成10m后（即完成1、2步），再向大里程施工。大里程上台阶完成15m、中台完成10m后（即完成3、4步），开始施工交叉段仰拱，及时闭合成环。（详见下正洞施工正断面示意图）
4、结语
双线铁路隧道开挖断面大，工艺复杂，施工难度大，尤其是云南地区复杂地质条件下，增加斜井开辟多个工作面对隧道施工进度上至关重要，但斜井转正洞施工又是风险大，工序转换时间长，成本高等特点。选择合理转正洞方法，对降低隧道施工安全、成本、工期等风险尤为重要。经实践证明，根据围岩条件不同选择不同的斜井转正洞方法，隧道斜井转正洞施工安全、经济、进度可达到最佳效果。通过本工程斜井转正洞施工在III级以下围岩采用小导洞法、IV级以上围岩采用大包法工艺的成功应用，对以后的类似地质条件下隧道施工起到借鉴作用。
论文作者:陈德立
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/18
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