软弱围岩隧道斜井切入正洞施工

2012年5月（中）

路桥科技科技创新与应用软弱围岩隧道斜井切入正洞施工

耿星星

（中铁二十局集团南宁枢纽II标工程指挥部，广西南宁530221）

1工程概况

张栓沟隧道为新建铁路大四线大塔（不含）至吴四圪堵（含）段工程隧道工程之一，为重点控制性工程。位于内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗境内，进口、出口里程分别为：DK21+495、DK24+497，全长3002m。隧道最大埋深56.6m。最小埋深仅12.5m。隧道位于沙漠区，穿越丘陵，地表以固定、半固定沙丘为主，局部发育流动沙丘，地形起伏，沟谷纵横，植被覆盖率约30％～70％，坡面冲沟一般发育。

隧道洞身通过区主要有砂岩、泥岩，其主要特征如下：

砂岩：青灰、棕红色为主，局部褐黄色、灰白色，厚层-中厚层状构造，泥质胶结，中粗粒结构，强风化－中风化，泥质胶结。泥岩：棕红色，薄层-厚层状，据钻孔揭示，最厚可达4.3m，砂泥质结构，自由膨胀率Fs＝35－50％，属膨胀岩。

隧道工程施工特点：工期短，地质条件差，浅埋，施工难度大，是本工程的显著特点。斜井如何切入正洞是本隧道施工的重点之一。

2设计概况

隧道设计工期仅15.5个月，且中间有两个冬期施工，为满足施工工期的要求，设单车道斜井一座，斜井与线路的交汇里程为DK23+200，长183m，与线路平面夹角53°。隧道洞身通过区主要沉积层为第四系全新统（Q4）风积粉沙，下伏白垩下统（K1）砂岩、泥岩、砾岩，属V～VI级围岩。

3岔口及喇叭口施工

3.1斜井喇叭口施工设计

施工设计的总体思路是：设计出一种便于施工的可靠结构，安全、快速跨越斜井喇叭口，满足快速增开两个完整工作面的建设、施工要求。

施工设计的第一步是在斜井进入喇叭口后按正洞断面形状上挑开挖，施工中强大的支护是保证隧道施工安全的关键。第二步：也是最关键的一步，当斜井向正洞两侧开挖时，采用何种措施能够确保正洞与斜井喇叭口上部的结构安全。

3.2岔口施工

为保证张栓沟隧道斜井岔口处的结构安全，采取按设计进入正洞后，再按正洞断面形状上挑开挖。

在斜井距正洞8m至5m地段，净宽从4.5m逐渐加大到7.8m。进入喇叭口后按正洞断面形状上挑开挖，采用Φ42超前小导管注浆预支护，初期支护为I16型钢钢架支撑，间距50cm，喷混凝土厚25cm。

当斜井岔口初期支护完成后，马上进行二衬施工。二次衬砌内平行于隧道中线埋入5榀116工字钢，间距50cm/榀，工字钢之间采用∠50×50×5mm角钢连接，梅花型布置，间距1.0m/根。同时在工字钢顶部预埋20工字钢横梁，横梁垂直于隧道线路方向，每根长度3m，间距50cm，横梁满焊在衬砌内工字钢上，缝隙过大的地方采用角钢塞焊，且每根之间采用∠50×50×5mm角钢连接，梅花型布置，间距1.0m/根，为正洞钢架提供落脚平台。

3.3喇叭口施工

在斜井接近与正洞相交里程起，继续沿相同方向掘进，采用小导坑上坡开挖进入正洞洞身，开挖方式为人工风镐辅以微弱爆破开挖，开挖断面宽2～2.5m，高3.5m。每次开挖进尺不得大于2m。开挖后及时进行初期支护，首先支护正洞钢架，钢架采用I20工字钢，间距50cm/榀，钢架之间采用∠50×50×5mm角钢连接，角钢间距50cm/根。架立支撑钢架，支撑钢架采用I16工字钢，间距70cm，平行于线路中线方向设置，焊接于正洞钢架底部。分别沿着三个方向（进口方向、出口方向以及斜井方向）施工拱部超前小导管，小导管长度3.0～3.5m，间距30cm/根，进出口方向小导管施工时与钢架夹角60°。

支护参数为喷射混凝土厚度22cm，H125型钢钢架，间距0.5m,拱部R25中空注浆锚杆，间距0.8m，梅花型布置，Φ22锁脚锚杆L= 4m。开挖尺寸不大于0.6m，每次开挖后及时进行支护，为确保下一步正洞跨越施工，特将H125型钢钢架拱顶高程预留18cm，为正洞施工做准备。沿斜井方向施工至喇叭口终端后，下导开始跟进。待施工完成后，准备开始向正洞两侧开挖。

4正洞施工

4.1隧道正洞初期支护为喷射混凝土厚度22cm，I16工字钢钢架，间距1.0m，拱部设φ42超前小导管预注浆，边墙Φ22砂浆锚杆。类比计算，斜井喇叭口宽6.8m，为安全期间，特做加强处理，采用10组I16钢架，钢架间距为0.68m。

4.2正洞开挖时，首先向进口方向施工，将I16钢架一端焊接在预留的横梁上，另一端钢架则直接落底，并施做锁脚锚杆。当10组钢架施工完成后，分别向喇叭口两侧施做φ42超前小导管预注浆，即可拆除正洞范围内H125型钢钢架支撑。

4.3正洞初期支护完成后，随即进行仰拱开挖，每次开挖长度不大于3m。

4.4仰拱施工完成后，开始向一侧进行开挖，开挖进尺不大于1.0m，待一侧开挖进尺达到10～15m后，在向另一侧开挖，按设计施工方案要求，应遵循管超前、短开挖、强支护的原则。

5监控量测

在软弱围岩中进行隧道施工，初期支护收敛变形大，围岩难于稳定，一次根据软弱围岩特性，进行开挖控制监测，判断围岩和支护结构体系的稳定性和工作状态，确定二次衬砌与开挖工作面之间的合理距离关系，确保初期支护和二次衬砌的稳定。

该隧道围岩软弱、稳定性差，斜井与正洞形成的喇叭口，开挖断面大，作为施工通道放置时间长，围岩在应力重分布和应力释放的过程中，会引起初期支护结构产生位移、变形，直至初期支护结构破坏，危及隧道安全。因此，在施工前喇叭口开口处、喇叭口中部及拱部分别设置了观测点，从监测结果显示，工后沉降和收敛值都在规范要求内，并无十分明显的变形。

6结束语

斜井围岩因其遇水膨胀、泥化，失水干缩的特性造成围岩失稳，施工起来很困难，所以稍有不慎极易发生已建好的初支开裂变形。在张栓沟隧道施工中，我们深切地体会到：

加强围岩前期预报至关重要，它是指导安全施工的首要条件；采取Φ42超前小导管预注浆和R25中空注浆锚杆等新材料新技术加强对围岩的超前支护，使洞室形成一个封闭的圆，控制围岩发生应力改变；隧道开挖后要加强初期支护，对围岩体要勤测量，发现围岩有变形趋势及早采取措施；加强安全防护措施，每个工班都设一名安全检查员，保证施工安全和人身安全。

长大隧道或控制工期的重点隧道，常常需要增设辅助坑道，其中以横洞和坡率较小，施工车辆能够自行的斜井发挥的作用最大。而一般所选定的横洞和斜井处的隧道埋深相对较浅，地质较差，其与正洞相交的喇叭口如果处理不好，极易发生下沉开裂甚至发生坍塌事故。

本工程实例施工队伍能够熟练掌握施工工艺，工效较高，工后下沉值较小，能够在斜井增开两个完整工作面。对类似工程有一定的借鉴作用。

作者简介：耿星星（1980，05-），女，2005年7月毕业于西安建筑科技大学，助理工程师，中铁二十局集团南宁枢纽II标工程指挥部。

摘要：本文主要阐述了在软弱、膨胀性围岩条件下斜井切入正洞的施工方法，为以后同类地质条件下隧道斜井施工提供施工经验。

关键词：斜井；软弱；膨胀性围岩；喇叭口

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