张 岩

中铁十六局集团第二工程有限公司（300222）

1 工程概况

1.1 工程简介

新疆伊犁输水隧洞工程，包括4 400 m 主洞和558.975 m Z2#斜井支洞的开挖、支护、衬砌及附属施工。 施工自Z2#斜井支洞进入，施工区域地质情况复杂，伴随突泥、涌水、围岩变形、塌方等地质灾害，施工难度较大。 Z2#斜井位于恰奇沟内，全长558.975 m，设计坡度21.13°，衬砌为马蹄形断面，扩宽段净空尺寸为10.8 m（宽）×8.8 m（高），主支洞贯通形式为斜交。

1.2 地质情况

Z2#支洞进口位于恰奇沟右岸， 支洞范围属于第三系N1+2泥岩， 主要为内陆湖相红色碎屑岩构造，岩性多为泥岩类、砂岩类，斜井进入洞底段主洞拱顶埋深约250 m。支洞与主洞交叉位置前后围岩岩性为有水泥岩、V2 类。

2 施工方案

2.1 交叉口加强段施工

主洞与斜井交叉口处围岩为第三系N1+2泥岩，空间三维受力复杂，工作面小，质量安全隐患多，开挖支护不当围岩很容易下沉变形，甚至塌方发生安全质量事故， 因此必须制订科学合理的施工方案。经过充分论证和综合考虑后，确定施工方案如下:

为了施工方便，在主洞与支洞连接处主洞及支洞断面均改为城门洞形。 当斜井支洞K0+550～K0+553 桩号钢架安装完毕后， 根据支洞与主洞拱顶之间的高差，确定支洞拱顶的扩挖起始桩号K0+553～K0+558.975，其拱顶抬高坡度控制在20%，同时按抬高的高度制作加长的HW150 型钢拱架如图1 所示。

由于支洞与主洞连接段为典型的三维交叉结构，结构受力非常复杂，且主洞开挖断面较大，为确保扩顶段主洞施工安全，挑挖斜井与主洞相交面处拱部，开挖出工作空间后，与主洞交叉口处架立三榀HW200 型钢加强环， 在加强环外侧增设HW200 门型钢架，将门型钢架分节与支洞钢架焊接在一起，每榀拱架采用Φ25 mm 钢筋进行纵向连接，环向间距为0.5 m， 在每个拱脚处打设4 根Φ28 mm 锁脚锚杆，每根长度为3 m。

图1 支洞与主洞连接处平面图

门型钢架有横梁和立柱组成， 横梁与支洞HW200 钢架空隙对称设置HW200 型竖向立柱短撑，喷C25 纳米合成粗纤维混凝土填充。 在斜井支洞靠近主洞的3 m 范围内施做HW200 纵向托梁和HW200 钢架底板， 采用C20 混凝土浇筑， 厚度20 cm。 每一榀钢架架立后都要打设锁脚锚管并将锚管与钢架牢固焊接在一起， 相邻两榀钢架用螺纹钢焊接，将钢架形成空间三维整体结构，保证相交地段三维受力状态围岩的安全、稳定。支洞与主洞交叉处加强支护断面如图2 所示。

2.2 小导洞施工

根据实际围岩情况， 从斜井上台阶采取向上爬行至主洞上台阶进入主洞施工，与主洞正交进入，采用边向上挑口边进行门型钢架锚喷支护，开口高度2.4 m，宽度4.0 m，进尺按0.5 m 控制。

图2 斜井支洞交叉口加强段立面示意图

小导洞由小型机械配合人工开挖。 小导洞采用榀距0.5 m、HW150 型钢拱架支护，每处拱脚打设2根Φ25 mm×7 m 锁脚锚管，挂设Φ8 mm 钢筋网片，打设 L=3 m、间距 1 m、梅花形、Φ25 mm×7 m 系统锚杆长，喷C30 纳米合成粗纤维混凝土。

导洞支护位于主洞初期支护之外，后期不再取出，高出主洞设计开挖线50 cm，以保证主洞初期支护的空间。 支洞挑顶施工小导洞如图3 所示。

图3 小导洞侧面示意图

2.3 主洞施工

小导洞内施工完毕后， 安装主洞上台阶HW200 型钢钢架， 榀距40 cm，I16 工字钢连接筋，环向间距1.0 m， 钢架一侧落脚于支洞平交口加强环横梁上，另一侧拱脚落在主洞左侧，下部垫宽0.4 m，长0.5 m 钢板，主洞钢架与加强横梁焊接牢固，每个拱脚打设4 根Φ63 mm 注浆锁脚锚管， 喷射C30 纳米合成粗纤维混凝土封闭。

小导洞范围主洞拱架安装完成后，待喷射混凝土达到强度要求之后，可拆除上游小导洞临时支护立柱，向上游人工开挖支护5～6 m，拆除下游小导洞临时支护立柱，再向下游人工开挖支护8 m，封闭下游掌子面进行上游开挖支护施工，待空间满足后及时进行主洞中、下台阶及底拱一次支护封闭施工并进行主洞及斜井衬砌锁口施工，确保现场施工安全。

主洞开挖及支护参数为:采用三台阶、预留核心土施工；支护采用HW200 型钢拱架支护，间距0.5 m，纵向采用I16 工字钢连接筋，环向间距1 m；外部挂设 Φ8 mm 钢筋网片 @20 cm×20 m；拱顶 160°范围内施做环间距35 cm、L=6 m 的自进式超前注浆管棚；每个拱脚处打设 4 根、L=4.5 m、Φ63 mm 注浆锁脚锚管，喷护20 cm 厚C30 纳米合成粗纤维混凝土；打设 L=3 m、间距 1 m、梅花形、Φ25 mm×7 m系统锚杆长。 支洞和主洞交叉部位的施工示意图如图 4、图 5 所示。

图4 小导洞及主洞示意图

图5 导洞转主洞施工步聚示意图

3 结论

在斜井支洞与主洞交叉处将原断面改为城门洞形，有利于交叉部位安全施工。 通过小导洞挑顶爬升至主洞拱部进行施工，设置加强环承受地层应力，保证支护结构安全。 交叉段的实践表明，第三系有水泥质软岩地质条件下采取的隧洞支洞与主洞交叉段部位的施工技术可行，即可保证施工安全及质量，又加快了施工进度，为今后建设类似工程提供可借鉴经验。