毛雪冬

摘要：斜井等辅助坑道采取挑顶进洞的施工工艺应用广泛，但挑顶进洞施工的难度较大，造成塌方和突水等安全事故的风险极高。在魏家峁隧道斜井挑顶进正洞施工时，由于采用的工艺得当，防护措施科学可行，安全顺利地完成了施工。为类似斜井进正洞施工提供了参考价值。

Abstract： The construction technology of roof jacking tunnels for auxiliary tunnels such as inclined shafts is widely used， but the construction of roof jacking tunnels is difficult， causing a high risk of safety accidents such as landslides and water inrush. When the inclined shaft of the Weijiamao Tunnel was jacked into the main tunnel， the protection measures were scientifically feasible due to the proper technology used， and the construction was completed safely and smoothly. It provides a reference value for the construction of similar inclined shafts into the main hole.

关键词：隧道;辅助坑道;挑顶进洞;围岩防护

Key words： tunnel;auxiliary tunnel;roof jacking;surrounding rock protection

中图分类号：U455                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）08-0163-04

0  引言

斜井作为长大隧道施工时增设工作面的辅助坑道，通常以一定的斜角与正洞相交后进入正洞，斜交处大角度侧的围岩形成“扇形体”。因开挖边缘线不规整，不仅施工难度大，且导致此处围岩区的应力分布复杂，造成塌方和突水等地质灾害的风险极高，故采取何种施工工艺及如何进行交叉口处的围岩加固是斜井进正洞的技术难点。特别是小尺寸斜井进正洞的部分完成施工后，安设正洞钢拱架时需切割部分斜井的钢拱架，导致支护结构的受力形式产生变化，此时如何避免交叉口初支出现变形也是一大技术难点。

1  工程简介

新建内蒙古青春塔煤矿铁路专用线ZH-4标段的魏家峁隧道位于罐子沟～沙咀子区间，隧道全长4138m，最大埋深约122m。设计为13.3‰的单面上坡。隧道进口端里程D2K18+354，出口里程端D2K22+492。本隧设置2座无轨单车道斜井;1号斜井设置于D2K19+200线路右侧，与线路马栅端平面交角为60°，斜井坡度10‰，井身平长206m。2号斜井设置于D2K20+800线路右侧，与线路马栅端平面交角为45°，斜井坡度10‰，井身平长433m，1号、2号斜井断面尺寸均为5.0m（宽）×6.0m（高）。1号、2号斜井与隧道正洞交侧叉处围岩均为Ⅳ级。

魏家峁隧道全隧道洞身围岩破碎，节理发育，地质情况复杂，斜井与正洞斜交的大角度侧扇形区的围岩应力分布复杂，施工时极易出现塌方等现象，且此处洞体断面小，结构复杂，难以采用大型机械组织施工，更是增加了施工难度，提高了安全风险。

2  施工方案

1号斜井与正洞小里程夹角为60°，2号斜井与正洞小里程夹角为45°，为保证斜井进正洞时斜井初支钢架与正洞线路方向平行（便于正洞初支钢架落脚），故提前对斜井初支钢架架立方向进行调整，最后一榀钢架采用工字钢双拼并在上方设置横梁，交叉口范围内的正洞初支钢架均架立在横梁上。

斜井开挖至正洞外轮廓线交叉处后停止掘进，封闭掌子面。待斜井下台阶及底板施工完成后，再采用“门字形”导坑进入正洞上台阶开挖，导坑采用门字形钢架进行防护，施工导洞时需预留正洞初支厚度和预留变形沉降量。

导坑開挖完成后进行正洞初支。完成正洞初支后，先向小里程侧按照台阶法施工正洞30m，洞内拼装仰拱栈桥完成该段的仰拱及填充，随后向大里程侧按照台阶法施工，利用小里程侧的仰拱栈桥施工仰拱及填充。

同时利用小里程已施工完成仰拱及填充段拼装大里程侧的二衬台车，随后大里程侧采用台阶法按照设计支护参数进行正常施工，随即进行小里程侧仰拱栈桥及二衬台车拼装。

3  施工方法

3.1 隧道1号斜井进入正洞前的施工

根据斜井与正洞相交角度，1号斜井开挖至X1DK0+030处时，开始安装I16异型钢架，异型钢架需按扇形布置，左侧间距118cm，右侧间距92cm，共架立19榀钢架，第19榀异型钢架架立方向与正洞线路方向平行;对进入正洞前5m范围内斜井初支进行加强，钢架间距0.5m，均平行于正洞线路方向设置，进入正洞前5m范围内钢架锁脚均采用L=3.5m，？准42锚管，每处4根，其余支护参数均按照双车道Ⅳ级模筑施工。斜井开挖至于正洞外轮廓线交叉处后停止掘进，封闭掌子面。随后进行斜井下台阶及底板施工。待斜井支护完成后方能进入正洞范围施工。为保证正洞施工，对斜井底板进行加强处理：底板厚度由原设计20cm加厚至30cm，底板顶面增设一层？准6mm钢筋网片，网格20×20cm，网片保护层厚度5cm。具体钢架布置见图1。

3.2 隧道2号斜井进入正洞前的施工

根据斜井与正洞相交角度，2号斜井开挖至X2DK0+050处时，开始安装I16异型钢架，异型钢架需按扇形布置，左侧间距95cm，右侧间距122cm，共架立36榀钢架，第36榀异型钢架架立方向与正洞线路方向平行;对进入正洞前5m范围内斜井初支进行加强，钢架间距0.5m，均平行于正洞线路方向设置，进入正洞前5m范围内钢架锁脚均采用L=3.5m，？准42锚管，每处4根，其余支护参数均按照双车道Ⅳ级模筑施工。斜井开挖至于正洞外轮廓线交叉处后停止掘进，封闭掌子面。随后进行斜井下台阶及底板施工。待斜井支护完成后方能进入正洞范围施工。为保证正洞施工，对斜井底板进行加强处理：底板厚度由原设计20cm加厚至30cm，底板顶面增设一层？准6mm钢筋网片，网格20×20cm，网片保护层厚度5cm。具体钢架布置见图2。

3.3 交叉口处加固措施

考虑到斜井以小角度进入正洞，采取对交叉口段围岩进行径向注浆加固，注浆范围为斜井进正洞前5m的拱墙部分，注浆孔开孔直径75mm，终孔不得小于42mm，注浆管采用？准42mm钢花管，单根长度3m，孔位环向间距150cm，纵向间距250cm，注浆采用水泥浆，水灰比=0.5～0.8：1;当周围围岩出现涌水情况，采用水泥水玻璃双液浆，水泥浆：水玻璃浆液=1：0.8。

施工至斜井与正洞边墙交接处，架立最后一榀钢架，并在钢架上方设置钢横梁，作为正洞钢架的落脚点。最后一榀钢架采用2组I18钢架并排双拼，钢架间采用？准22mm连接筋焊接固定，横梁采用2根并排I18工字钢，横梁与钢架之间设置I18工字钢立柱支撑，支撑立柱与正洞钢架位置相对应，间距相为1m。在横梁下方每根立柱支撑两侧各打设1根3m长？准42mm注浆小导管，以增强横梁稳定性。双拼钢架必须落脚在稳固基岩上，本项目在钢架下方设置混凝土支墩以增加其稳定性。斜井与正洞交叉口处钢架布置见图3。

3.4 “门字形”导坑施工

待斜井与正洞交界处的斜井二次衬砌完成后，利用斜井开挖台车沿斜井与正洞边墙相交处垂直于正洞中线方向上台阶开挖400cm宽门字形导坑，小导坑开挖时拱顶超出正洞开挖轮廓线23cm，采用I16门架式拱架（钢架布置见图4）。

进行正洞初期支护时不再取出拱顶横梁，门架间距1.0米/榀，喷射C25混凝土厚23cm，横梁设置？准22砂浆锚杆，3m/根，1.2×1.2m（环×纵）布置，采用？准6钢筋网20×20布置。当围岩自稳能力可以，则喷射混凝土只喷射拱顶部分，对于围岩自稳能力较差部位，则把门柱也喷上混凝土，每循环进尺控制在1m左右，防止进尺过大导致挑顶形成大超挖。

为确保在导洞施工全过程中的安全，必须在有加强支护的情况下施工，现场根据围岩情况可以适当加强支护参数。

3.5 正洞开挖施工

“门字形”导坑施工完成后，先将门字架范围内的正洞上台阶初支施工完毕，支护参数除初支钢架由格栅钢架改为I16型钢钢架，其余支护参数为：超前支护为？准42小导管，4.5m/根，0.4×3m（环×纵）布置;喷射混凝土23cm厚，拱部/边墙设置？准22组合中空/砂浆锚杆，3m/根，1.2×1.2m（环×纵）布置，采用？准6钢筋网20×20布置，钢架采用I16工字钢钢架，间距1m/榀。

导坑内的正洞初期支护结构强度达到要求后，拆除导洞小里程侧的边墙临时支护，先向施工任务较少的小里程侧，按照台阶法施工30m，洞内拼装仰拱栈桥完成该段的仰拱及填充，随后向大里程侧按照台阶法施工，利用小里程侧的仰拱栈桥施工仰拱及填充。

正洞开挖落底后要及时施工排水设施并进行仰拱及仰拱填充施工，使支护结构尽早封闭成环，提高稳定性，确保施工安全。现场要加强监控量测，有异常情况人员立即撤离。尤其与斜井交叉处，尽早形成封闭环，钢架落脚于已做好的落脚平台上，务必确保安全，小心进尺。

3.6 二衬台车组装

受斜井断面尺寸影响，正洞二衬台车分构件采用车辆运至正洞内，利用斜井正洞交叉口小里程侧已施工完成仰拱及填充的30m进行拼装，二衬台车拼装采用滑轮组提升模板。正洞开挖初支时在同一断面两侧起拱线位置设置每组3～5根5m长？准22mm砂浆锚杆，锚杆锚固牢固，锚杆头做成弯钩状，便于挂住滑轮组。锚杆组设置于2～3个断面上，原则上间距与二衬台车单块模板宽度相同。挂钩锚杆可通过设置横向连接筋与正洞初支钢架形成整体，增强承载能力。

4  监控量测

斜井进入正洞的交叉口处施工断面大，作为施工通道的持续时间长，围岩应力分布复杂，且应力随着时间进行释放及重分布，容易使围岩的支护结构出现变形及位移，甚至使支护结构产生严重破坏，从而危及隧道安全。因此，在施工期间需对交叉口处的支护结构进行监控量测，以确保隧道结构安全。同时，也通过监控量测结果对支护参数及施工工艺进行调整。

在交叉口的前后，于隧道正洞及斜井均分别布置了3处监控量测断面，每个量测断面设置2条水平的收敛量测基线，1处拱顶下沉观测点。

采用LeicaT02全站仪用作为量测仪器，使用先进的无接触量测技术。无接触量测技术由软件控制的全自动量测仪器自动进行量测及收集数据，并由软件自动对数据进行平差、回归分析、计算拟合曲线的函数，对超预警数据进行自动警示，对最终沉降值进行预测。在加快量测速度及数据分析的同时，也确保了量测精度，为施工安全提供了有力保障。

根据监控量测的直接数据及分析结果对交叉口处围岩及支护状态进行评估，进而调整支护参数及施工工艺，以科学手段确保施工安全及隧道结构安全。

5  施工控制要点

①隧道开挖断面的中线和高程必须符合设计要求。

②制作钢架、横梁和支撑立柱所用的钢材到场后必须进行检验，钢材品种和规格必须符合设计要求。型钢钢架的结构尺寸应符合设计要求。

③钢架安装不得侵入二次衬砌断面，底部不得有虛碴，相邻钢架及各节钢架间的连接应符合设计要求。钢架的混凝土保护层厚度不得小于3cm。

④沿钢架外缘每隔2m应用钢楔或混凝土预制块与初喷层顶紧，钢架与初喷层间的间隙应采用喷射混凝土喷填密实。

⑤施工中必须加强围岩监控量测，根据量测结果及时反馈支护结构的承载安全信息，确保支护措施安全合理。

⑥挑顶进洞施工的关键在于“稳”，初支遵照“宁强勿弱”的原则。开挖围岩尽量采取机械配合人工进行，人工开挖困难时，采取弱爆破。

⑦挑顶施工期间派专人对围岩及初支的安全稳定性进行监测，发现异常立即反馈，并采取有效措施确保安全后方可再行施工。

6  结束语

魏家峁隧道斜井挑顶进洞施工时，均高效顺利地完成了交叉段1号、2号斜井与正洞洞身的施工掘进，施工实践表明，本项目采取的斜井挑顶进正洞的技术方案是科学可行的。能够给类似挑顶进洞施工带来参考价值。

参考文献：

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].二版.北京：人民交通出版社，2011.

[2]肖广智.不良、特殊地质条件隧道施工技术及实例（三）[M].北京：人民交通出版社，2016.

[3]邓启华，王友军，姚日高.富水隧道V级围岩双车道斜井进正洞挑顶施工技术[J].铁道建筑技术，2014（3）.

[4]张玉良.云桂高铁革朗隧道2号横洞与正洞交叉段挑顶施工[J].山东工业技术，2016（17）.

[5]高得利.Ⅴ级围岩横洞进正洞挑顶方法[J].山西建筑，2011（08）.