特长隧道斜井挑顶施工技术

特长隧道斜井挑顶施工技术
发布时间：2023-03-02T05:59:25.351Z 来源：《工程建设标准化》2022年20期作者：贾效搏
[导读] 本文以骆驼山隧道斜井挑顶施工为例，针对送排风道的大纵坡、联络风道断面、送排风道二衬施工工艺、主洞横通道进行了设计优化，详细阐述了斜井与正洞、斜井与送排风口、正洞与送排风口、横通道与正洞等挑顶施工的主要工序
贾效搏
中铁六局太原铁建公司
摘要：本文以骆驼山隧道斜井挑顶施工为例，针对送排风道的大纵坡、联络风道断面、送排风道二衬施工工艺、主洞横通道进行了设计优化，详细阐述了斜井与正洞、斜井与送排风口、正洞与送排风口、横通道与正洞等挑顶施工的主要工序，该技术安全高效的实现了斜井多处挑顶施工，效果显著。

该技术为类似工程的施工提供了一定的借鉴和参考，同时为斜井交叉口设计提供了新的方案。

关键词：特长隧道、斜井、挑顶、送排风口、联络风道、设计优化
0.引言
近年来，中国大基建蓬勃发展，建筑行业百花齐放，高铁、高速中桥隧比越来越大，特长隧道占比逐年提高，随着我国综合国力的不断提升和施工技术的不断发展，更多特长隧道有条件、有资金、有实力建设，为保证施工、运营通风及工期，特长隧道一般设置一条以上斜井，由斜井往正洞挑顶施工安全风险大、难点较多。

本文通过实践，对特长隧道挑顶施工技术提出了新的设计优化意见及行之有效的挑顶控制措施，确保施工高效、便捷、安全。

1、工程概况
1.1项目简介
骆驼山隧道设计全长7172/7158m，斜井1466.49m。

斜井Ⅲ级围岩941.49m，占65%，Ⅳ级围岩300m，占20%，Ⅴ级围岩220m,占15%；斜井与风道、正洞交叉口处为Ⅲ级围岩。

隧道斜井采用地上风机房方案，井底风道交叉段位于正洞K8+870-K8+930范围内，共设置送风、排烟、排风三条联络风道。

其中排烟道在到达斜井井底后与正洞右洞垂直相交，交接里侧K8+900，长度为49m，纵坡为-3‰、-1.94%；送风道与排风道在斜井井底处左右分支跨越正洞右洞后与左洞相交，送风道与左洞交接里程为Z1K8+854.34，长度为119.5m，纵坡为22.8%、-39.2%；排风道与左洞交接里程为Z1K8+914.34，长度为116.9m，纵坡为21.2%、-59.7%。

图1 斜井交叉口处平面图
1.2主要技术参数
斜井主通道总宽度9.9m，总高度9.45m。

送风道面积36.33㎡，排风道面积32.95㎡。

左洞地下排风口总宽度10m、总高度7.2m，面积65.48㎡，联络排风道与正洞左洞交界处。

右洞地下排烟口及排烟联络道断面相同，总宽度7m、总高度6.65m，面积42.3㎡，斜井井底与正洞右洞联络交接。

左洞送排风联络道总宽度7m、总高度7.2m，面积46.5㎡，联络送风、排风道，与左洞交接。

斜井送风口总宽度11.6m，总高度10.624m，总面积81.792㎡送风口面积20.3㎡，与正洞左洞交接，在正洞上部扩大作为送风口。

1.3工程重难点
第一：斜井主通道、送风道、排风道、排烟道交叉段为三维空间受力结构，每个交叉口的支撑加固为施工重点；
第二：送排风道跨越右洞与左洞交叉，风道在跨域右洞与右洞主洞的施工顺序级工序要求为施工重点；
第三：联络送排风道大坡度段开挖、初支、二衬施工是难点，尤其在大坡度地段模筑二衬施工难度、成本极大。

2、斜井井底设计优化
2.1送排风道纵坡优化
原设计隧道送风口与联络送风道交接坡度为-39.2%、长19.5m，排风口与联络排风道交接坡度为-59.7%、长21.74m，风道跨越主洞段与正洞顶净距6m，坡度过大，现场开挖支护困难，大坡度段需弱爆破、人工开挖，施工成本较高，经充分研讨并召开专家会分析，将风道跨越主洞段与正洞顶净距调整为4m，向斜井方向延长排风道约15m，调整送风口位置风道与主洞交接高度，最终形成送风道
12.26%、-21.36%，排风道17.53%、-31.09%，送风道原设计与主洞交叉段为喇叭口，优化后开挖采用统一高度，超挖部分采用C20砼回填处理。

优化后减少施工难度，施工工艺优化为控制爆破、机械开挖，减少台班费用，节约人工成本，减少开挖出渣过程中的施工风险，减少成本168.8万元。

2.2交叉口断面优化
原设计排烟道内轮廓高6.65m、宽7m，长49m，斜井主洞内轮廓高9.45m、宽9.9m。

排烟道采用独立断面，与联络送排风道及斜井主洞断面均不一致，需新制作二衬台车或采用拼装模板结合支架体系施作，成本高、周期长。

为加快施工循环、减少施工成本，将原设计排烟道49m前39m变更为斜井主洞断面，后10m宽度变更为斜井主洞断面宽度9.9m，高度渐变为6.9m。

优化后渐变段采用底板渐变超挖，二衬浇筑完成后砼回填的方案，49m联络排烟道均利用斜井主洞二衬台车，相对于新制台车成本节约24.52万元。

2.3施工横通道优化
原设计斜井转正洞后无施工横通道，距斜井与正洞交叉口K8+900处设计最近横通道为K8+600处4#车行横洞及K9+161处2#配电房，距交叉口分别为300m、261m，按照斜井转正洞总体施工组织，斜井转左洞需先向小里程方向施工，正常施工循环，到达K8+600处4#车行横洞需工期94天，车行横洞贯通需12天，严重影响整体施工组织。

为保证正洞施工工期，在满足设计规范的前提下，将原设计K8+750处12#人行横洞调整至K8+820（左洞桩号Z1K8+804.34），该横通道断面扩大（宽8.72m、高6.5m），施工期间辅助左洞施工。

优化后节约工期94天，可提前进入左洞，同步施作右洞大小里程及左洞小里程；减少一处施工横通道。

2.4模筑二衬优化
斜井送排风联络道原设计采用模筑二衬，施工采用拼装模板+二衬台车施工，按照送排风道优化后坡度施作二衬较困难，台车需多次拆装，变坡点均需拼装模板结合脚手架施作，成本较高，施工周期较长。

通过召开专家咨询会，将联络风道模筑二衬变更为喷锚二衬。

原设计初支及防排水不变，钢筋混凝土二衬变更为I16拱架+喷射砼二衬，二衬外轮廓线维持原设计，即双层拱架夹防水板土工布。

后期成型喷射砼表面较为粗糙，风摩系数较大，采用水泥浆抹面处理，满足运营后通风要求。

优化后节约拼装台架，减少台班，减少C30混凝土1881m3、钢筋160270kg，增加C25喷射混凝土1112m3、型钢36425kg，节约99万元。

3、总体施工方案
总体施工顺序：(1)斜井主洞施作至K1+466.49；(2)施作左侧联络送风道，进洞15m后封闭掌子面；(3)施作联络排烟道9.3m至联络排风
道位置；(4)施作右侧联络排风道15m后封闭掌子面；(5)施作联络排烟道至右洞交叉口挑顶进入正洞；(6)右洞大里程施作50m，作为二衬台车拼装场地；(7)施作右洞小里程及通左洞横通道；（8）横通道与左洞挑顶施工；（9）左右洞掌子面同步施工；（10）右洞跨越段处主洞的二衬浇筑完成后开挖送排风道跨越段。

排水方案：在斜井主通道右侧再布置Φ100mm排水管，在正洞右洞大里程侧设置2×2×2集水坑一座，洞内渗水汇入集水坑后利用斜井排水系统抽出洞外。

通风方案：隧道正洞左右线通风采用独立通风方式，在斜井内设置2道通风管道，由联络排烟道及施工通道进入正洞左右线。

隧道左洞供风、供水管理均由施工通道地埋通过，考虑因多处90°弯道造成的供风风损，在斜井井底设置一座0.8m×0.8m×0.5m钢风箱，联络排烟道与正洞右洞交叉处、施工通道与正洞左洞交叉处分别设置1m×1m×0.5m风箱，减少风损，满足现场施工要求。

供风方案：现场施工供风分为前期和后期方案，施工至井底进行挑顶作业后，现场整理场地，空压机增加至10台，满足挑顶过程施工及右洞大小里程两个工作面施工；后期挑顶完成施工左洞正洞时，在联络送风道增加空压机8台，5台常用，3台备用，独立供风。

考虑供风、排风能力及施工组织顺序结合工期斜井转正洞后进场3支班组：
4、挑顶施工技术
4.1斜井联络排烟道至正洞右洞挑顶施工技术
联络排烟道与联络排烟口设计采用I16钢拱架支护、拱架间距1.1m，为保障施工安全，联络排烟口5m范围内拱架间距调整为0.8m，每循环进尺2榀，共1.6m，逐循环推进，隧道超前支护采用φ42×4超前小导管，长3.8m，环向间距0.5m。

隧道洞身围岩采用系统锚杆加固，设置
φ22砂浆锚杆，长2.5m，纵向×环向间距：0.8×1m。

上台阶锁脚锚杆2根，长3m。

上台阶钢架拱脚设置2根φ25砂浆锚杆锁定钢架，钢架拱脚设置于牢固基础上，下台阶钢架拱脚未设置设计锁脚锚杆，为确保交叉口施工期间初支质量，该位置补充施做2根φ25砂浆锚杆确保钢架施工质量。

右洞与斜井交叉处为Ⅲ级围岩，主洞采用S3a加强支护参数，采用I16钢拱架支护，拱架间距1m。

相交段处的拱顶设置异型钢架，钢架长度不一。

同时斜井与正洞相交段开挖2m后，向左右两侧扩挖1m，便于施工两侧门型钢架柱。

隧道斜井联络排烟道与右洞交叉口钢架布置见下图（斜井与正洞交叉处开挖范围见图红色虚线）。

图8 联络排烟道与右洞交叉口钢架布置平面图
洞口两侧门型钢架柱，采用工20型钢，单侧5根，间距0.25m，门型钢架托梁为HW200型钢，采用锁脚锚杆固定，上下台阶拱脚各2根，长4m。

门型钢架拱顶两侧设置I16型钢斜支撑，在加强正洞门型钢架的同时，将异型钢架的两端焊接固定于斜支撑上，确保相交段钢架整体连接。

图9 钢架布置图
当右洞门型钢架施工完成后，以右洞大里程处的正洞门型钢架立柱为基准，向正洞横向挑顶开挖，按2m一循环，进入正洞拱顶进行挑顶开挖，拱架需全环落地后方可向两侧开挖。

每次开挖后及时进行初喷混凝土，上台阶开挖完成一个拱架支护单元后，立即进行拱架支护，拱架一端焊接至风道拱架上，拱架接头处均采用4根4m长φ42锁脚锚杆锚固，并同步做好系统锚杆，注水泥砂浆，并采用U形卡将锁脚锚杆与钢拱架固定焊接，形成临时支护体系。

上台阶施工完成后，先将正洞左侧拱架落底。

斜向开挖正洞左侧下台阶至设计标高，接长下台阶拱架，使拱架落到稳定的岩石基础上，形成完整支护体系，最后再从风道处开挖剩余下台阶部分，完成正洞挑顶施工。

4.2横通道至左洞挑顶
正洞右洞挑顶完成后，向小里程方向施工，大里程方向掌子面封闭等待，采用台阶法施工，每次进尺2榀钢架间距，进尺50m后封闭掌子面。

在施工通道处环向间距0.4m施作4m长超前小导管，然后破除通道断面范围初支混凝土，拆除环向拱架，安装门架托梁，相交段逐榀开挖，通过后洞身开挖按2榀钢架间距进尺开挖。

相交段异形拱架拱脚必须与正洞钢架连接，形成受力支撑。

为保障施工安全，本处施工通道采用优化后RF3型衬砌施工。

图11 横通道与左洞挑顶施工步骤
5、送排风道施工技术
5.1送排风口
横通道至左洞挑顶完成进入左洞后，向大里程方向施作至送风口位置按照设计断面扩爆至送风口断面，施作上台阶时向右侧扩爆联络送风道，并在交叉口处增加锁脚锚杆，施作横梁。

正洞左侧拱架施作锁脚锚杆并落底，右侧拱架焊接至横梁后喷射混凝土，拱架与正洞拱架焊接形成整体支护体系。

送风口交叉口段长8m。

超前为φ42小导管，环向间距50cm，采用I16钢拱架支护，拱架间距0.8m。

联络送风道交叉口处设计无超前锚杆，施工时增加φ25超前锚杆，锚杆长3m，环向间距50cm，采用I16钢拱架支护，拱架间距1m，为保障施工安全，交叉口前三榀拱架间距分别为0.6m、0.7m、0.8m，交叉口处设置横向托梁。

待送风道施作至上坡段完成方可进行正洞下台阶施工，清运下台阶回填洞渣，继续向大里程施工至排风口位置。

图12 送风口支护参数图
联络排风口施工方案与送风口一致，长度13.6m。

正洞左洞采用φ42超前小导管，环向间距50cm，采用I16钢拱架支护，拱架间距0.8m；联络排风口设计无超前，增加φ25超前锚杆，采用I16钢拱架支护，拱架间距0.8m。

图13 排风口支护参数图
5.2送排风道
按照设计优化后送风口与联络送风道交接坡度为-21.36%，排风口与联络排风道交接坡度为-31.09%，坡度较大，采用人工开挖配合脚手架钻眼，机械出渣。

隧道正洞左洞开挖至送风口位置联络排风道具备施工条件时，采用正洞开挖台车掘进联络排风道交叉处5.21m缓坡段，受洞宽限制，无法两侧放坡开挖，按照两台阶搭设脚手架进尺，上台阶脚手架落于下台阶面上。

进入上坡段后，按照下台阶3.72m、上台阶4.75m分割断面，台阶长均为3m，台阶上合适高度施作人工开挖台阶，采用脚手架体系结合钢管柱进行，开挖平台宽2m，满足人员施工、材料堆放、风钻定位。

按照台阶长度循环进尺3m直至平坡段，下台阶进尺后在坡面形成3m长台阶，作为安全平台，最后形成楼梯式台阶作业面，由平坡段倒退开挖，形成设计坡面。

开挖打眼时，台阶同步打眼，统一装药爆破，各个台阶爆破后渣土自然形成坡面，统一清渣至坡底，利用装载机倒运至正洞出渣车运至洞外。

送风口开挖方法与排风口一致，送风道需先施作主洞送风口位置，下台阶采用洞渣回填作业平台，施作超前支护后开挖送风道。

6、结束语
骆驼山隧道斜井井底结构物多、受力复杂，2处风道跨越正洞，风道纵坡大，挑顶工点多，如何保证多处挑顶的施工安全、简化施工工艺、节约成本成为重点。

通过调整风道与斜井交叉口位置、减小风道与右洞顶净距来降低风道纵坡，将联络风道断面与斜井正洞断面变更为一致节约二衬台车，调整正洞人通位置、扩大断面减少了一处施工横通道，将风道模筑二衬变更为喷锚二衬、节约工费成本，严格按照挑顶方案施工，挑顶作业安全可控。

实践证明，该施工技术对于类似工程具有广泛的借鉴意义和指导意义。

参考文献：
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