合福铁路安徽段六标笔架山隧道杨屋斜井进洞施工方案

笔架山隧道杨屋斜井进洞施工方案

一、杨屋斜井概况

笔架山隧道全长5948m，最大埋深约444m，隧道进出口里程分别为DK222+127、DK228+075。为开辟施工工作面，加快施工进度，本隧道在DK223+130的右侧275m处设杨屋斜井一座，斜井与正洞相交于DK223+306处,斜井中线与线路小里程方向夹角为58°23′55″，斜井与隧道采用斜交单联方式，综合坡度为5.27%，全长325m，采用无轨运输双车道断面。

斜井洞口表层为冲坡积粉质粘土、碎石土及全风化花岗

闪长岩，呈砂土状及碎石状，厚度大，为Ⅴ级围岩。地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水，设计预测通过含水体地段的最大涌水量Q0=1670m3/d,折算为单位长度最大涌水量为q0=7.72 m3/d.m，为中等富水区。

斜井于2010年10月1日进洞，截止2011年元月17日，完成开挖123m,仰拱100m,衬砌95m。

二、进洞方案选择

1、排水系统处理

斜井洞口右侧有一自然沟，常年流水，而洞口上方处于冲坡积层上，先前被百姓辟为稻田，后期又退耕还林，地表为腐殖土，且长期受水浸泡，形成沼泽。因此，在洞口开挖前，首先将自然沟沟底用混凝土进行铺砌，避免水流渗透到洞内；在洞顶顺着梯田设置5道横向截水沟，纵向每条截水沟连通，将地表水排入自然沟谷中，最大限度地减少地表水渗入地下。

2、洞口边仰坡处理

排水系统施工完成后，开始开挖洞口边仰坡，设计边坡的坡率为1:1.5，防护为Φ22砂浆锚杆（1.5×1.5m梅花形布置，长度为4m），φ8钢筋网（25×25cm），喷10cm C25混凝土进行防护。但在边坡开挖过程中，仍然发现边坡渗水很大，而全风化花岗岩遇水就变成了泥潭，机械操作都非常困难。经过项目部“隧道施工技术攻关组”研究决定：①用5m

长的Φ50mm小导管代替锚杆进行注浆固结边坡，仅在渗水大的地方小导管不注浆作为导水管使用。②对于边坡渗出的孔隙水，采用在临时排水沟底部铺设塑料布，使水流在其上部流过，避免水与土体直接接触。③对于基底部分的地下水，加强抽水力度，开挖一段，立即换填一段片石（1m厚）。通过上述措施，隧道洞口的边仰坡防护全部加强到位，底部也艰难地开挖到洞口。

3、进洞初期支护方案的选择

初期设计图纸的超前预支护为：φ42×3.5mm超前单层小导管（4.5m长，环向间距0.4m），纵向间距3.2m一环；D150格栅拱架，纵向间距0.8m/榀，底部不设钢架。但在洞口开挖过程中，发现地下孔隙水大量渗出，岩体收缩、变形下沉，边坡出现开裂现象。考虑到格栅拱架的弹性变形大，刚度小，难于抵御拱顶土层压力和侧向土压力，而I18型钢钢架具有刚度大、整体性好的特点，再对锁脚钢管内插入钢筋并注浆以增强锁脚的抗剪切能力，同时将钢架间距由0.8m/榀调整为0.6m/榀，底部也架设钢架，及时封闭成环，可有效防止拱顶坍塌冒顶事故发生。因此，选择I18型钢钢架代替D150格栅拱架，并对底部架设钢架，作为对设计进洞初期支护方案的完善。

4、施工工法的选择

斜井作为辅助坑道，断面虽然较小，开挖宽度也达到

9.4m,高度8.5m。施工图中建议的施工工法为短台阶法，但由于岩体含水量大，掌子面自稳能力很差，所以施工工法改为预留核心土的三台阶开挖法，缩短开挖高度，以利于施工安全。

三、斜井开挖施工

2010年10月1日，按照上述进洞方案开始斜井的拱部施工，由于对涌水量预测不足，仅仅施工了4m,于10月2日20:00拱部出现大股涌水，并伴随小量坍塌。针对出现的意外情况，我们首先做的是将人员与设备撤离，并将情况及时向设计院进行反馈。在10月5日，涌水基本停止后，我们又及时地采用小导管注浆方式对掌子面和地表进行注浆加固，防止洞口再次发生坍塌。

1、超前支护增设水平旋喷桩，既加固拱部岩体又起治水作用。

针对出现的涌水情况，设计院及时出台了方案，对洞口55m范围内的超前支护又增设水平旋喷桩，既加固拱部岩体又起治水作用。

（1）洞外定向水平旋喷桩

首先在洞外开挖轮廓线（考虑预留20cm的沉落量）外侧0.4m处画出预打设的水平旋喷桩的轮廓线，然后利用两台钻机从拱部同时向下部的顺序钻孔。钻孔外插角为1～3°，当钻孔深度达到设计要求的30m时，利用高压泵（注浆压力

30～40Mpa）将水泥浆液(水灰比1:1)通过钻杆端头的特制喷头,以高速水平喷入土体,借助液体的冲击力切削土层,同时钻杆一面以一定的速度(20r/min)旋转,一面低速(15～30cm/min)徐徐提升,使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固,形成具有一定强度(0.5～8.0mpa)的圆柱固结体(即旋喷桩),从而使土层得到加固，在拱部形成受力环，确保进洞安全。打设第二根旋喷桩时必须注意与第一根咬合15 cm，确保桩体连接紧密，达到防水效果。拱部180度范围内共打设水平旋喷桩47根。

（2）洞内水平旋喷桩

为保证水平旋喷桩3m的搭接长度，同时方便洞内施做旋喷桩，当开挖到19m时，对开挖断面进行加宽80cm处理，纵向长度8m，设计断面至80cm加大断面采用线性渐变加宽。对加大的上台阶断面的拱架拱脚部位每侧设4根5m长Φ50锁脚钢管，插入Φ22钢筋，对锁脚钢管进行注浆，环向采用Φ22钢筋作连接，环向间距1m。由于洞内施做旋喷桩，操作空间狭小，且掌子面裂隙水发育，为防止水流冲刷上台阶核心土，且为了搭设一个稳定的操作平台，对上台阶施作I18临时仰拱，间距为每两榀设一榀，并用φ22钢筋连接，喷射15cm厚C25混凝土进行封闭。

2、预留核心土的三台阶法开挖

根据现场的地质情况，采用三台阶法施工。一部台阶为

预留核心土环形开挖法，二、三部台阶紧跟，台阶之间步距控制在4m左右。

（1）一部台阶开挖

为有效发挥水平旋喷桩的作用，一部台阶的开挖高度至少高于最底层旋喷桩1m以上，同时为维护掌子面的稳定，也最大限度地利用机械设备开挖，一部台阶确定开挖高度为3.3m,采用预留核心土环形开挖法，环形开挖的宽度为1.5m。反铲开挖基本到位后，人工再利用风镐进行修正，满足设计要求后，架设I18型钢钢架，纵向间距0.6m/榀，锁脚为5m 长的φ50×3.5mm的无缝管，每台阶设8根，每根锁脚钢管内插入一根Φ22钢筋并进行注浆，然后打设系统锚杆，挂网、喷射混凝土防护。开挖进尺每循环控制在0.8m。