尹华阔

（中铁十八局集团有限公司，天津 300222）

0 引言

在铁路隧道工程施工中， 传统的施工方法为下斜井进入主洞隧道。由于铁路隧道地质条件复杂，经常出现斜井拱顶高程低于主洞高程的现象。这时，斜井和主洞相互交接的位置断面跨度较大， 并且会有三面同时临空的问题，致使隧道受力复杂，施工难度增大，施工安全难以保证。 当遇到不良地质条件时，还会增大塌方的概率。 新增斜井挑顶施工技术克服了传统施工方法的不足，可有效降低施工难度，加快施工速度，而且对围岩造成的扰动比较小，可大幅度提升施工的安全性。 笔者结合黄家沟隧道工程的实际情况，对新增斜井挑顶施工技术进行分析，以期供相关技术人员参考。

1 工程概述

1.1 隧道概况

新建郑万高铁黄家沟隧道位于湖北省襄阳市保康县及南漳县境内，全长7 827 m，是襄阳段最长的隧道， 也是全线的重难点工程。 该隧道整体纵坡为14%，出口洞身存在短链，短链长为179.721 m，隧道拱顶以上最大埋深为209.4 m。

1.2 新增斜井概况

新增斜井位于黄家沟隧道原1＃横洞与隧道出口之间，全长578 m，斜井中线与主洞隧道左线线路中线相交于D1K473＋400 处， 与左线线路中线郑州方向夹角为84°。 斜井XDK0＋000 坑底高程与正洞D1K473＋400 内轨顶面高程一致。 新增斜井采用单车道Ⅱ型锚喷断面，斜井断面初期支护完成后，净空尺寸为7.2 m×6.5 m，承担正洞小里程320 m、正洞大里程200 m 的施工任务。

斜井采用全断面法或台阶法开挖、 喷锚系统支护。 斜井与正洞交叉口衬砌类型为Ⅴ级交叉口特设衬砌， 二次衬砌采用25 cm 厚的C35 钢筋混凝土。超前支护采用Ф42 超前小导管，单根长度为4.0 m，纵向间距为2.4 m，环向间距为0.4 m，每环布设22根。 初期支护采用I16 型钢钢架（间距为1 m／榀，锚杆长为3 m）和Ф22 沙浆锚杆（纵、横间距均为1.2 m），喷射C25 混凝土，喷锚厚度为22 cm，钢筋网片采用Ф6 盘条，网片间距为25 cm×25 cm。

1.3 工程地质概况

黄家沟隧道属于典型的长隧道， 且地质条件复杂。 掌子面前方76 m 范围内围岩主要以强-弱风化页岩为主，围岩总体完整性较差，岩质较软弱，岩体较破碎，节理裂隙较发育，局部含软弱夹层和裂隙水发育，但水量不大，建议围岩级别为Ⅴ级。 掌子面前方28 m 范围内围岩主要以强-中风化页岩为主，岩石强度较低，围岩完整性差，节理裂隙发育，局部有软弱夹层发育，围岩自稳能力差。 该隧道穿越金斗-鞍子寨倒转背斜，岩体破碎，节理裂隙发育，岩体挤压严重，围岩自稳性差。 测区岩层局部含炭质，可能含有有害气体，不良地质有岩堆、顺层片岩等。

2 施工方案和流程

2.1 施工方案

斜井与正洞交叉口段结构特殊，受力状态复杂，斜井进入正洞的挑顶施工是保证隧道施工安全和保证工期的重要环节。 斜井与正洞交叉口段采用导洞棚架法进行挑顶施工，具体施工方案为：斜井开挖至距离正洞10 m（斜井里程XDK0＋015 处）时，设置变坡点，并逐渐抬高斜井拱顶高程直至正洞拱顶下2 m。然后，按照此断面施工至正洞最右侧外缘，并对该段斜井洞身的初期支护进行加强。 在斜井与正洞交叉口段，斜井洞身采用双排锁脚锚杆进行加强支护。斜井与正洞交接处（XDK0＋005）设置加强环门架，门架尺寸（净宽×高）为7.6 m×6.7 m。加固完后，进行挑顶施工。斜井与正洞挑顶采用导洞法施工。导洞采用I22a 工字钢棚架进行支护，导洞尺寸（净宽×高）为4.5 m×4.2 m。 在棚架内，采用I25a 钢架施作正洞上台阶初期支护。在施工过程中，根据围岩揭示和监控量测情况，采用I20b 工字钢对初期支护钢架进行刚性连接，拱脚采用槽钢支垫，并在钢架拱、墙脚增设一组Φ76 深锁脚，进行注浆加强支护。注浆结束后，复喷C25 混凝土。 在复喷过程中，严格控制喷锚质量。 每循环初期支护验收合格后，进入下一循环。

2.2 施工工艺流程

新增斜井挑顶施工技术是长距离隧道工程常用施工技术，其施工工艺流程如图1 所示。

图1 新增斜井挑顶施工工艺流程图Fig.1 Construction process flow chart of new inclined shaft jacking

从图1 中可以看出， 新增斜井挑顶施工工序比较多，每道工序之间都具有良好的衔接性，只有严格把控每道工序，使其都符合设计要求和相关标准，才能发挥出新增斜井挑顶施工技术的作用， 保证隧道工程施工任务高质量完成。

3 新增斜井挑顶施工技术要点

3.1 斜井交叉口加固

该工程斜井与正洞交叉口处的地质情况比较复杂，围岩自稳性差，为保证施工的安全性，在施工之前，需要对地层进行加固处理。 （1）对斜井洞身采用钢架进行加强支护。XDK0＋030～＋020 段采用I18 钢架， 间距控制在60 cm 左右；XDK0＋020～＋005 段采用I20b 钢架，间距控制在50 cm 内。 为保证钢架的稳定性， 每榀钢架通过一组Φ42 mm 锁脚锚管进行加固处理。 （2）在斜井和正洞挑顶施工中，尽量选择导洞施工技术， 并在斜井和主洞相互交接位置通过布设加强环门架的方法进行加固。门架净宽、高分别为7.6 m、6.7 m，具体的施工方法如图2 所示。 （3）因门架立柱较为高大，为保证施工的质量和安全性，分两次进行安装，先安装到2.5 m 的高度，再安装到4.2 m 的位置。 为保证门架的稳定性和牢固性，在上下台阶位置，采用连接板螺栓连接。在门架上部的直角位置，还需安装斜撑，以保证斜井和主洞相交处三维受力平衡，降低不良地质条件造成的影响。门架与斜井最后一榀初期支护钢架之间采用I20b 钢架连接，环向间距为2 m，门架底部设2 根I20b 工字钢临时横撑（并焊接为整体），以确保门架稳定。

图2 交叉口加强环门架示意图Fig.2 Schematic diagram of reinforced ring gantry of intersection

3.2 挑顶段导洞开挖及初期支护

该工程挑顶前方为软弱围岩，为保证开挖的效率和质量，在开挖之前，采用超前小导管进行提前支护。导管长度约为4.5 m，环向间距约为0.4 m［1］。 开挖时，采取导洞法开挖， 并用I22a 工字钢门架对导洞进行支护，门架净宽为4.5 m，最大净高为4.2 m，间距约为0.5 m。支护完成后，需要搭设开挖台架，为挑顶开挖施工提供良好的作业平台。中导洞断面沿正洞法线方向向上挑顶施工直至正洞左边界，中导洞洞顶标高比正洞初期支护设计开挖轮廓线高120 cm。 在具体开挖中，需要按照围岩揭示情况及监控量测的数据，合理调整导洞开挖方法以及进尺深度。 导洞法挑顶施工方法如图3 所示，导洞门架施工方法如图4 所示。

图3 导洞法挑顶施工示意图Fig.3 Schematic diagram of jacking construction by pilot tunnel method

图4 导洞门架施工示意图Fig.4 Schematic diagram of portal frame construction of pilot tunnel

当导洞开挖完成后，要及时施作I22a 工字钢门架，间距不超过0.5 m，门架横梁和立柱之间通过连接板进行连接，焊接成一个整体。 采用C25 喷射混凝土支护，喷射厚度控制在28 cm 左右［2］。 支护完成后，在初期支护面上打设径向注浆小导管，长度控制在2.5 m，间距控制在1.5 m 左右，以保证初期支护完成之后，背部相对密实。

3.3 正洞初期支护

当导洞施工到隧道右边界之后， 要及时按照正洞上台阶设计断面形式进行初期支护。 完成正洞上台阶4 榀拱架支护后， 拆除对第5 榀拱架安装有影响的导洞门架立柱， 然后再进行正洞上台阶钢架施工。 每榀钢架的间距控制在0.6 m 左右，并在拱部和线路的左侧安装2 节A 单元I25a 拱架，在右侧钢架拱脚位置铺设槽钢支垫，并通过I20b 工字钢将它们连接成一个整体，同时增设1 组（2 根）长9 m、直径为76 mm 的深锁脚， 通过注浆的方法加强支护，以免拱架发生下沉。 正洞初期支护拱架和导洞门架之间的间隙可通过挂网喷锚的方法进行密实处理，具体情况如图5 所示。

图5 正洞初期支护示意图Fig.5 Schematic diagram of the first support of main pilot

按三台阶（预留核心土）开挖法向正洞大里程方向施工，支护紧跟。 开挖10 m 后，封闭掌子面，再采用同样工法，转向小里程方向施工。反向开挖按正洞Vc 围岩上台阶断面尺寸进行， 预留变形量按0.6 m考虑，先开挖顶部，再开挖两侧。开挖时，仅对有影响的横洞钢架进行拆除， 按正洞设计要求间距进行上台阶钢架施工，相应完善其他支护。待施工空间满足后， 两侧工作面可以同时施工； 待施工至一定空间后， 施作交叉口正洞范围内30 m 仰拱初期支护，闭合成环，确保交叉口稳定。

3.4 二次衬砌

当斜井进入到正洞一段时间之后（交接处斜井形成一定的模筑衬砌空间），要立即对交叉口向斜井口方向至少30 m 范围进行二次衬砌，衬砌厚度不能小于25 cm， 尤其是交叉口位置， 要平行于线路中线，并且紧贴着加强环关堵头模板。当二次衬砌的强度达到要求后，及时拆模，以快速形成对交叉口处围岩三维受力的有效支护［3］。

当交叉口段和大里程方向约30 m 范围内仰拱和填充全部施工完成后， 要及时拼装二次衬砌台车和防水板台车。 拼装完成后，推放至最后端，然后在交叉口处布设土工布和防水板， 及时开展二次衬砌混凝土灌注， 以提升交叉口处围岩结构的稳定性。

3.5 监控量测

斜井和正洞交叉处应力集中点比较多， 受力复杂， 且围岩自稳能力差， 因此需要开展实时监控量测，以便及时发现问题并予以处理。黄家沟隧道工程采用全站仪观测法进行监控量测，在挑顶范围内每隔2.5 m 布设一个监控量测点位，每环布置5 个围岩量测点，以便对支护变形情况进行实时监测。一旦出现异常，要及时加大监测频率，并采取相应处理措施。为最大限度地保证监控量测的精度， 该工程还在测桩上布设了反射片。另外，该工程采用S70 三维激光扫描仪定期（每8 小时一次）扫描测量，并将扫描测量数据与监控量测的结果进行实时对比， 有效保证施工的安全性［4-5］。

4 结语

铁路隧道新增斜井挑顶施工具有很强的技术性和复杂性，施工难度比较大。由黄家沟隧道工程施工实践可知， 要保证新增斜井挑顶施工质量可从以下几个方面入手：（1）严格把控各道工序的质量，加强监控量测。进洞导线采取双导线进洞控制方法，洞外控制点与洞口控制点的距离不应超过240 m。 斜井洞身中部需要设置转点， 进入主洞后交叉口处需要设置导点线加密点。 进洞导线测量满足高铁二等闭合导线控制精度的要求， 仪器设备的观测误差控制在1″以下，边长相对中误差为1／100 000，测角中误差要控制在1.3″以内。（2）在斜进与正洞交叉口处设置加强环， 在斜井与正洞交接处设置一型钢门架加强环。 （3）在进行正洞施工时，要严控开挖进尺，每循环进尺0.6 m，在围岩软弱或节理裂隙发育地段按0.5 m／榀控制。 （4）正洞挑顶施工要加强超前支护及初期支护。 加密设置正洞初期支护锁脚锚管，每榀钢架单侧不少于2 根Ф76 深锁脚锚管， 锚管长9.0 m，注浆饱满，深锁脚锚管与钢架牢固焊接，防止拱架下沉。 （5）要严防塌方、冒顶事件发生，确保隧道施工安全。 施工时，初期支护紧跟掌子面，其掌子面距第一榀拱架间距小于30 cm。 对导洞拱架与正洞上台阶拱架之间的空隙要及时进行回填，确保密实［6］。 在正洞施工前，要保证后侧掌子面锚喷封闭，以确保施工安全。